（大庆天然气分公司生产维修大队机修维修队163459）
摘要：针对南八离心式压缩机在实际运行过程中，出现的转子轴端密封处磨损，直接造成转子高速动平衡破坏，生产运行装置停产的严重故障问题。将原设计壳体两侧轴端密封，由静密封设计为转子高速运行的动密封，改进后的离心式压缩机，经过一年的运行效果表明，该转子轴端密封处改进状况性能稳定、运行可靠、泄漏量小，经济效益显著，本文将对转子轴端密封处磨损的具体改进过程及应用情况进行介绍。
关键词：离心式压缩机；轴端密封；梳齿密封
1引言
大庆南八油气处理厂深冷装置2011年12月建成投产。该装置的关键机组——天然气离心式压缩机，轴端密封为梳齿密封，机组的工况性能参数：深冷压缩机为离心式三段压缩机组，低压缸/一段为水平剖分结构，高压缸/二段、三段为筒形端面垂直剖分结构。规格型号为MCL526+2BCL458，工艺位号为C—0201，工艺介质：天然气。沈阳鼓风机集团股份有限公司生产。机组设计处理量为90×104m3/d，转速9949r/min，吸气压力0.072MPa，排气压力3.85MPa，电机功率7200kW，本机组自装置投用至2017年7月，共运转42021小时。机组自上次检修期至今，共停机2次，原因为停机清理二级入口过滤网。在对压缩机解体检修过程中，高压缸转子驱动侧轴端密封齿间积炭堆积（见图1），离心式压缩机转子与壳体两侧轴封采用迷宫密封。又称梳齿密封，属于非接触密封。压缩机轴端密封原设计为，轴端密封的压力侧密封齿数为4个，非压力侧密封齿数6个，由于工作介质为天然气初加工，积炭杂质含量高，致使介质经过轴端密封压力侧时，积炭在压力侧密封齿间堆积，致使积炭堆积超过齿间高度，对压缩机转子轴端密封处形成高速磨削。直接造成转子轴端密封处磨损深度达2.10mm，转子高速动平衡严重破坏，对此压缩机的干气密封也将进行更换（国外进口干气密封每个单价50万元，国产每个单价25万元，以南八MCL526+2BCL458离心式压缩机组为例，就需4个干气密封），转子修复需运到沈鼓，对磨损的转子轴端密封处进行激光熔覆精车磨后，再做转子高速动平衡，前后得12天的时间方能完成转子修复，经济损失巨大。此类故障造成天然气分公司该型号4套装置，多次停机至装置停产，严重影响设备安全运行。
2离心式压缩机转子轴端密封处的磨损情况分析
2.1机组本体运行情况分析
（1）压缩机各端轴承温度变化情况分析
南八深冷压缩机轴温报警值为105℃，停机值为115℃。机组运行中轴承温度均≤90℃，远低于报警值（见图1、图2），且温度变化较为平稳。图2中TISA144低压缸止推侧轴温11-12月波动，主要受气量波动影响；高压缸轴温波动平稳。整体趋势稳定。
图1压缩机低压缸轴承温度趋势图
图2压缩机高压缸轴承温度趋势图
（2）压缩机轴位移变化情况分析
南八深冷压缩机轴位移报警值为±0.5mm，停机值为±0.7mm，高、低压缸轴位移始终在0.2mm以下（见图3、图4），运行平稳。其中，低压缸轴位移11月份波动主要受二级入口滤网堵塞影响，1月初轴位移波动主要受气量波动影响。
图3压缩机低压缸轴位移趋势图
图4压缩机高压缸轴位移趋势图
（3）压缩机振动情况分析
南八深冷压缩机组轴振动报警值为63.5μm，停机值为88.9μm，从图5、图6中振动监测曲线可以看出，高、低压缸轴振动波动平稳，2016年9-10月份低压缸振动值出现波动，但随后恢复，受气量波动影响。其他各点振动值均低于报警值，且运行至今始终趋于平稳。
图5压缩机低压缸轴振动趋势图
图6压缩机高压缸轴振动趋势图
通过以上机组本身参数分析，参数均在正常值范围内，其中，部分参数存在波动现象，低压缸轴位移11月份波动主要受二级入口滤网堵塞影响，因此考虑离心式压缩机的介质是天然气的初加工，介质积炭含量高，滤网不能达到完全过滤。为此在对转子轴端密封磨损做修复工作的同时，保障设备长周期平稳运行，考虑在轴端密封的结构上加以改进。
2.2轴端密封的设计分析
（1）轴端密封的工作原理
在离心式压缩机高速转轴伸出气缸两端中心孔处的轴端密封，采用结构简单的梳齿式迷宫密封。达到减少气体的泄漏量。剩余泄漏气体通过干气密封达到完全密封，如果轴端密封效果差，直接影响干气密封的使用寿命。工作原理：梳齿密封是在转轴周围泄漏通道内加设若干依次排列的环形密封齿组成，当气体流过密封齿与轴表面构成的间隙时，形成气流涡旋（图7），经过多级的循环往复后泄漏压力会不断降低。来增加泄漏介质流动中的阻力，使造成泄漏的压差急骤地损失。达到阻漏的密封作用。
图7梳齿密封工作原理
（2）轴端密封积炭堆积造成离心式压缩机转子磨损分析
从工作原理可以看出，梳齿密封是通过密封齿间隙空间，增大局部损失以消耗其能量的方法来阻止气流向外泄漏，使介质泄漏压力不断损耗达到密封。属于流阻形非接触静密封，因此泄漏的天然气中积炭会在密封齿间堆积，致使积炭堆积超过齿间高度，对压缩机转子轴端密封处形成高速磨削，造成转子破坏性磨损。
3轴端密封的改进设计
根据轴端密封通过密封齿间隙空间，使介质泄漏压力不断损耗达到密封。因轴端密封处于静止状态，压缩机介质是天然气初加工，其中积炭杂质含量高，为避免造成积炭在密封齿间堆积的问题，将轴端密封的密封齿设计在转子上，由静密封改为动密封，达到积炭在高速离心力的作用下，无法在转子上的密封齿间形成堆积。密封齿的设计。依据原始设计。根据轴端密封的实际齿距、齿数、齿高，加工轴端密封套，保证介质在膨胀室中的涡旋稳定，起到原设计减小泄露的效果。转子密封齿与轴端密封内接触面设计为圆弧光面结构，将轴端密封件的内圆密封齿车除，保证与改进后的压缩机转子轴端密封齿的密封间隙0.15mm。
轴端密封设计结构由压缩机转子、轴面密封齿套、轴端密封三部分组成。经压缩机厂方技术人员协商，密封齿套与压缩机转子由热装定位固定为一体，达到改善密封效果。通过对MCL526+2BCL458离心压缩机转子结构研究，对安装密封齿轴颈实际测量。采用耐高温和防酸盐不锈钢1Cr11Ni2WMoV材料做密封齿，通过与转子轴颈过盈（0.16mm）热装形式，使密封齿套与压缩机转子固定在一起。密封齿按过盈量先加工，热装后对齿尖进行修复满足与轴端密封之间的0.15mm间隙。
4改进后的运行情况和效益分析
南八离心式压缩机MCL526+2BCL458改进后，自2017年8月启机经过一年的运行，于2018年8月15日在装置检修期截止，从压缩机的运行结果看，干气密封运行情况；高压缸一级泄露压差停机值为0.16MPa，低压缸停机值为0.09MPa。图8、图9分别为高、低压缸干气密封一级泄漏压差，干气密封参数稳定。各运行参数都在设计指标内，轴端密封运行平稳。
图8高压缸主密封气压差
图9低压缸主密封气压差
在对2BCL458离心式压缩机驱动侧轴端密封解体检查中，轴端的密封齿与安装在压缩机壳体的轴端密封内表面均无磨损迹象。配合间隙均在标准值内。
通过对密封齿设计为套结构热装在转轴上的研制改进，避免压缩介质对压缩机转子轴端密封处的磨损，同时保证了干气密封安全运行的环境，也避免了离心式压缩机因轴端密封造成转子损坏。在研制改进前，做故障修复需车除转子磨损面，采用激光熔覆精车磨、高速动平衡，及长途运输，前后需要12天的修复时间，对此，轴端密封的改进直接避免了日处理气1080×104m3/d（90×104m3/d×12天）的巨大损失，并且避免了设备在长时间的运行后，积炭杂质堆积对转子造成磨损后，更换轴端密封、干气密封，修复转子的损失，取得直接经济效益100多万元。在对天然气分公司该型号另外3套装置，多次停机至装置停产，严重影响设备安全运行的故障上，找到了最佳的科技解决方法。
参考文献：
[1]王长涛，浮环密封和双端面干气密封在富气压缩机上的应用[J].化工设备与管理，2005，（3）：49-52
作者简介：
李庆峰，男，1968年9月出生，1983年初中毕业，中石油轻烃装置维修专业技能专家。