高速旋转的离心压缩机组其轴端密封主要有迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封四大类。其中的干气密封即干运转气体密封，其利用自身压缩的洁净气体进行密封，是一种先进的透平压缩机轴端密封形式，属非接触式密封，其密封性能好、寿命长、运行维护费用低，目前大型透平压缩机组都首选这种密封形式。

在机组运行过程中，干气密封经常性会出现损坏情况，严重影响了合成氨装置的高负荷稳定运行，每年因此而造成的产量损失及产生的维修费用高达千万。下面我们来根据相关案例分析，来分析损坏的原因，从而解决这一难题。

频繁损坏原因分析

干气密封的损坏，有多方面的原因。从国内多套离心压缩机组运行时干气密封损坏的情况来看，不外乎以下几个因素:液体进入干气密封、固体杂质进入干气密封、密封的动静环摩擦、开停车频繁、操作失误、密封的静环弹簧失效等。

在每次干气密封损坏后，我们都从设计、设备制造、工艺运行条件、操作等各个方面进行分析，经过长周期的跟踪，确定了影响这套压缩机组干气密封使用寿命的几个因素。

 压缩机设计上存在缺陷

此套压缩机为生产厂家设计的第一套三缸四段离心式压缩机，在设计阶段由于把关不严，在技术细节上存在一定缺陷。中压缸位于汽轮机与低压缸之间，动态稳定性差，设计时未能很好地解决这一问题。这套机组额定转速为11900 rpm，实际运行中，中压缸的振值一直偏高，转速一直不能提到额定转速，导致负荷达不到100%，在80%的负荷时振值就达到了42 μm左右，此时的转速只有约10600 rpm，而报警及联锁值分别为31 μm、50 μm。在于压缩机厂家的交流中也验证了设计缺陷这一根本原因。

干气密封的技术水平达不到要求

本机组共安装有6套干气密封，每个缸体的驱动端与非驱动端各一套，其中低、中压缸使用的是国内某厂家的干气密封，高压缸使用的是进口干气密封。国产干气密封装置的制造技术水平与进口密封有一定差距，压力等级越高，差距越明显，所以在工作压力较高时，一般都使用进口干气密封，本机组高压缸就因为此原因选用了进口干气密封。而频繁损坏的中压缸驱动端干气密封就是位于缸体的高压端，设计工作压力约7MPa。

工艺流程设计存在缺陷

前系统来的氢气、氮气在压缩机一段入口进行配比，只有氮气管线上有调节阀，只能通过控制进入系统的氮气的量来调节氢氮比，且该调节阀为蝶阀。高负荷运行时，这种流程可以满足调节要求，但在开车过程中，由于合成氨反应还没有产生工艺气的消耗，在合成氨系统进行升压、升温阶段，氮气的消耗量很少，蝶式调节阀根本无法控制氮气进入量，因氮气管网压力比氢气管网压力高，这样就会导致氮气窜入氢气管道，原本为3 ∶ 1的氢氮混合气的一段入口气就会变为以氮气为主的气体，由于入口气体分子量的剧烈变化，就会导致一段入口流量及出口压力在很短时间内发生大幅度波动，进而导致转子位移发生波动。干气密封动静环间隙在运行状态下约3μm，而位移波动幅度可达10 μm，短时间内位移的大幅波动导致高速运转下的干气密封动环与静环碰撞、摩擦，影响干气密封的稳定运行。

盘车方式存在缺陷

该压缩机的设计盘车方式为电动连续式盘车，速率为8 rpm。在停车后的冷机阶段，为了防止转子因冷热不均变形，必须进行长时间的盘车，一般要求超过12h。停车时，干气密封的动静环处于紧密闭合状态，在此情况下盘车，动静环就会产生摩擦，长时间的连续盘车对干气密封动静环的损伤极大，这就大幅缩短了干气密封的使用寿命。

结论及解决办法

通过仔细的分析、论证，确定上述几个因素都会影响干气密封的使用寿命，中压缸驱动端干气密封损坏是这四个因素共同作用的结果。由于机组盘车方式选择的不合理，导致干气密封在停车后盘车过程中存在非正常磨损，再加上中压缸的动态稳定性差及中压缸驱动端干气密封工作压力高，在开车过程中因系统波动导致该套干气密封损坏。

在上述4个导致中压缸驱动端干气密封损坏的因素中，除干气密封的制造技术水平暂时无法改进外，其他三个因素都可以通过技术改造来延长干气密封的使用寿命。

 1.

压缩机中压缸径向可倾轴瓦由5块改为4块。改造后的中压缸振值下降了约10μm，中压缸转子的动态稳定性得到了大幅提高，在同等条件下，合成气压缩机的转速提高了约300 r。

 2.

随着国产干气密封制造水平的不断提升，在合适的时机更换技术水平更高的干气密封装置，提高干气密封的抗损伤能力，目前，该厂家研制的设计压力为15 MPa的干气密封已经进入试验阶段。

 3.

增加中压氮气进气旁路，旁路上设置DN100的笼式调节阀，作为微调阀。在开车过程中不投用DN150的蝶式调节阀，只使用微调阀控制氮气进入量，以精确控制一段入口的氢氮比，避免一段入口流量大幅度波动，同时在合成氨提压、升温过程中通过控制塔后放空量来辅助稳定一段入口流量。实践证明，通过工艺流程的改进、操作精细化程度的提高，确保了开车过程中压缩机一段入口流量的稳定。

 4.

将电动、连续盘车改为手动、间歇盘车。在盘车电机暂时无法改造的情况下，我们弃用了盘车电机，在停车后的12h内，安排专人每隔15min手动盘车一次，每次盘1/4圈，最大可能地减少了干气密封在盘车过程中的磨损。

结束语

通过对轴瓦、流程、操作方式、盘车方式等这几个方面的改进，合成气压缩机中压缸驱动端干气密封的使用寿命得到了大幅延长。改造前，该套干气密封每年需要更换3或4次，每次更换需要三天时间，在干气密封检修期间，整个装置停产，经济损失巨大。改造后的一年时间里，该套干气密封运行正常，大修期间拆下后也未见明显损伤，为合成气压缩机的稳定运行提供了保障，创造了良好的经济效益。

关于干气密封频繁损坏的案例分享就到此为止了，如果您有不同的见解，欢迎评论，私信我们进行探讨。