1.基本情况
某煤基合成油有限公司16万t合成油项目附属年产18万t合成氨、30万t尿素项目，其中尿素车间合成氨工段有两套离心式压缩机组，分别是合成气压缩机和氨压缩机。合成气压缩机用于给合成氨提供反应所需的压力和负责对合成氨所需氢、氮比例进行调节，氨压缩机的作用是将反应得到的气氨冷凝成液氨。
合成气压缩机采用的主体设备由西门子工业透平机械（葫芦岛）有限公司提供，包括低压缸、中压缸、高压缸和1台汽轮机。运行时采用“一拖三”的形式，即为三缸四段汽轮机驱动的离心式压缩机组。氨压缩机组中的汽轮机由杭州汽轮机股份有限公司提供，单缸三段离心式压缩机由重庆通用工业集团有限公司提供。
其中，氨压缩机，合成气压缩机低压缸、中压缸选用的密封为四川日机密封件股份有限公司生产的带中间迷宫的双旋向串联干气密封，高压缸选用的是约翰克兰公司生产的带中间迷宫的串联式干气密封。
干气密封是一种新型的无接触轴封，由它来密封旋转机器中的气体或液体介质。与其他密封相比，干气密封具有泄漏量小，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封。干气密封的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。
目前，干气密封主要用在离心压缩机上，也用在轴流压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机上。干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件。
2.问题
氨压缩机，合成气压缩机低压缸、中压缸一级干气密封在使用过程中频繁损坏（一级密封正常使用时的气源为该缸出口气体）。尤其是全厂处于试车阶段时，系统运行不稳，全厂系统波动较大，开停车较频繁，基本停车都是紧急停车，平均1个月开停车一次，合成气压缩机因与全厂系统连接紧密其中压缸、低压缸干气密封损坏频繁，经统计平均开停车两次就要损坏其中一套干气密封，给车间带来了极大的生产压力。
3.原因分析
（1）低压缸原因分析 合成气压缩机低压缸来的气体为纯H2和纯N2的混合气，气体中不含水蒸气和其他液体物质。H2由净化车间的变压吸附产生，纯度达99.9%，N2来自净化车间的空分系统，纯度达99.9%。两种气体采用在离低压缸入口6m处的管道上，将压力为1.83～1.90MPa的N2直接加入1.65～1.70MPa的H2管道中的方式将两者混合。气体在管道中混合后有一测量H2含量的在线分析仪，可以测量送入合成氨系统中新鲜H2和N2的比例，H2、N2流量的测定采用孔板流量计。在实际操作过程中，系统中、高负荷生产时测量、控制良好。
合成气压缩机开车过程中，先给压缩机系统充0.5MPa的N2，在现场手动冲转超过8925r/min后，转速由中控接管控制。这时开始给压缩机一段入口均压，均压完毕后给合成氨系统充压，在一段入口均压和合成氨系统充压过程中因所用H2、N2量少，孔板流量计读不出数据，或者数据不准确，H2在线分析经常超量程（量程为50%～90%），H2、N2配比难以控制，造成充压时入口H2、N2配比变化大，低压缸转子位移波动大，在−0.15mm到0.15mm间频繁波动（正常生产时，位移波动为0.01～0.02mm）。分析认为，低压缸干气密封使用寿命短与低压缸开车过程中的位移波动频繁、波动大有关。
低压缸入口在正常使用时，因与管网直接相连，管网H2、N2的使用端口多，压力一直不稳定，入口压力波动大，分析认为，这也是造成低压缸干气密封易损坏的原因之一。
（2）中压缸原因分析 中压缸转子正常运行时振动值高，入口端的振动值高时能达到40～55μm，原设计报警值为31μm，连锁值为50μm；但为了生产需要，在与西门子厂家沟通协调后，将报警值更改为60μm，连锁值更改为76μm。起初怀疑中压缸干气密封易损坏与中压缸转子振动高有直接关系。
压缩机开车时，因合成氨的H2、N2配比由管道入口处直接加H2和N2而来，在开车一段时间后入口均压时，因所需H2和N2总量很少，H2、N2配比非常难，一旦N2进入过多，会造成中压缸出口温度过高至180～200℃，而中压缸出口温度设计值不超过149℃。通过改造，将中压缸一级密封气源改在中压缸出口冷却器后，冷却器出口工艺气温度约30～40℃，但在使用过程中，干气密封的寿命也没有明显好转。(www.xing528.com)
大修时，对中压缸转子进行了更换，新的转子振动值高时不超过20μm，但是干气密封的使用寿命仍然没有明显改变，这说明，原先中压缸干气密封的损坏与当时的振动值无关。
（3）工艺操作影响 大修后，随着全厂系统的稳定，停车时基本都是计划停车，可是干气密封的寿命仍然没有明显提高。不过，通过多次有计划的停车，发现了一个基本现象。
原设计为停车泄压后，再将一级密封用中压N2导入干气密封系统，通过现场观察，发现这样的停车过程中，会出现30～35s的一级密封气流量为零的现象。通过分析，停车时系统需要尽快泄压，且停车后压力由11.0～13.0MPa泄到0.4～0.6MPa。而各段缸正常时，入口压力都高于0.4～0.6MPa，在泄压过程中，会出现各段缸入口压力超过出口压力的情况，也就是说会出现入口压力超过平衡管的压力，从而造成缸体中的气体在短时间内通过入口端梳齿密封进入到平衡管腔体，再进入到两端的一级密封腔体中，然后从一级密封动静环端面泄漏出。因缸体中的气体可能含有杂质，未经过一级密封粗过滤器和精过滤器的过滤，可能因携带脏东西损坏干气密封或者缩短干气密封的寿命。有计划的停车时，在系统减完负荷后未停车前，将中压N2和工艺气都接入，在系统停车时一旦中压N2压力超过平衡管压力就自动导入到一级密封，尽量减少一级密封气流量为零的时间，通过停车过程中的实际观测，这种情况下密封气流量为零的时间约为2～4s。这样，减少了一级密封流量为零的时间，减少了一级密封因脏东西而被损坏的可能性，从实际使用效果来看，确实起到了延长干气密封使用寿命的效果。
（4）气体带液的影响 干气密封在使用过程中，非常忌讳带有液体、机械杂质和气体倒流，因干气密封的密封端面间隙一般只有3～5μm，任何的带有的液体和机械杂质都可能直接损坏密封端面。压缩机中压缸二级密封出现过一次损坏，对密封端面和过滤器检查发现有水雾。低压N2来自空分系统，但是由空分系统来的N2不可能带有水（因空分系统所产生的N2都是经过深冷获得的）。经过分析，其可能来自全厂其他终端与低压N2管道相连处的系统窜气。通过查找发现，合成氨洗氨塔的尾气与低压N2同时进到了排放槽中（洗氨塔尾气带有大量水汽），因两股气流的排放末端有一公共阀门被误关，造成洗氨塔尾气进入N2管网，从而进入二级干气密封，造成二级密封因带液而损坏。
4.采取措施
1）有计划停车时，在系统减完负荷未停车前，将压缩机一级干气密封中压N2接入，减少一级密封流量为零的时间。
2）原先选用的干气密封为双螺旋，双螺旋的干气密封可以防止压缩机反转对干气密封产生影响。根据尿素车间的实际情况，压缩机转子在停车和盘车时都不发生反转，在更换新干气密封时，将原来的双螺旋干气密封更换为单螺旋，因单螺旋干气密封相对双螺旋的干气密封刚度更高。
5.小结
1）干气密封首先在设计选型时要满足生产的要求，要求在选型上安全、耐用。
2）在干气密封的使用过程中，在转子所允许的振动范围内，一定的位移变化、适当的超温，对干气密封的寿命影响不大。
3）干气密封在使用过程中，要避免一切可能的污染，如带液、机械杂质、气体倒流、气体短路不经过过滤器等。
4）工艺操作需要尽量减少开停车次数，尤其不能长时间以低于1000r/min的转速低速运行，否则会严重影响干气密封寿命，维护系统运行稳定，可以延长干气密封的使用寿命。
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