5V-6B 合成氣壓縮機干氣密封損壞原因分析

王邦旭

作者通聯(lián)：中海石油建滔化工有限公司 海南東方市珠江南大街 572600

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一、引言

日產(chǎn)2000t 甲醇裝置采用德國LURGI 公司甲醇生產(chǎn)工藝技術(shù)，并由該公司負(fù)責(zé)工程設(shè)計，以高二氧化碳、高氮氣含量的天然氣為原料，經(jīng)過蒸汽一段爐轉(zhuǎn)化為適合制甲醇的合成氣，再經(jīng)過壓縮、合成、精餾等工序生產(chǎn)出既滿足國家GB 338-2004優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)，又滿足美國O-M-232K的“ AA”級標(biāo)準(zhǔn)的精甲醇。該甲醇裝置合成氣壓縮機組由日本三菱重工設(shè)計制造，合成氣壓縮機高壓缸型號為5V-6B，廠家序列號C-598，軸封類型為T-28XP 雙連干氣密封，序列號G05163。

二、故障現(xiàn)象

甲醇裝置合成氣壓縮機組投用后，由于上游終端突然中斷原料氣和燃料氣，使得合成氣壓縮機高壓缸入口壓力在2s 內(nèi)突然從4.8MPa 下降到1.4MPa，導(dǎo)致入口壓力低的聯(lián)鎖停車，停車后合成氣壓縮機驅(qū)動透平投入盤車時，盤車電機因電流過載跳車。手動盤車檢查，發(fā)現(xiàn)有明顯卡澀現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，合成氣壓縮機高壓缸驅(qū)動端干氣密封泄漏。

從在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中調(diào)出溫度曲線，發(fā)現(xiàn)停車期間，合成氣壓縮機高壓缸止推軸承溫度在1min 內(nèi)從90℃上升到138℃，然后又在1min 內(nèi)回落到40℃（圖1），而報警溫度為120℃，溫度最高時已經(jīng)超出報警值。

圖1 止推軸承溫度曲線

從在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中調(diào)出轉(zhuǎn)子軸位移曲線（圖2），發(fā)現(xiàn)停車期間，高壓缸轉(zhuǎn)子的軸向位移從-0.361mm 增加到-0.761mm，而報警位移為±0.5mm，轉(zhuǎn)子軸位移最大時已經(jīng)超出報警值。

圖2 轉(zhuǎn)子軸位移曲線

從在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中調(diào)出驅(qū)動端軸承振動趨勢圖（圖3）和頻譜圖（圖4），發(fā)現(xiàn)停車期間，高壓缸驅(qū)動端軸承振動由9μm 增長到23μm，且主要由低倍頻量引起。

從在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中調(diào)出非驅(qū)動端軸承振動趨勢圖（圖5）和頻譜圖（圖6），發(fā)現(xiàn)停車期間，高壓缸非驅(qū)動端軸承振動由19μm 增長到38μm，且主要由低倍頻量引起。

由于停車期間，高壓缸軸承溫度和轉(zhuǎn)子軸位移最大時已經(jīng)超出報警值，并且驅(qū)動端干氣密封泄漏，所以安排檢查軸承和更換干氣密封。

高壓缸聯(lián)軸器潤滑油內(nèi)有黑色雜物。測量合成氣壓縮高壓缸與合成氣壓縮機驅(qū)動透平靠背輪跨距為484.65mm，根據(jù)2010年1月的檢修記錄，合成氣壓縮機高壓缸與合成氣壓縮機驅(qū)動透平靠背輪跨距為487.25mm，兩者相差2.6mm。驅(qū)動端徑向瓦塊有輕微磨損，干氣密封損壞，干氣密封鎖緊螺母磨損嚴(yán)重。高壓缸非驅(qū)動端徑向軸承瓦塊有明顯磨損，止推軸承的止推瓦塊嚴(yán)重磨損（圖7）。高壓缸止推盤鎖緊螺母有明顯變形且止推盤已經(jīng)移動約2.6mm，高壓缸非驅(qū)動端干氣密封有輕微損壞。

圖3 驅(qū)動端軸承振動趨勢圖

圖4 驅(qū)動端軸承振動頻譜圖

圖5 非驅(qū)動端軸承振動趨勢圖

三、原因分析

由于上游終端突然中斷原料氣和燃料氣，使得高壓缸入口壓力Ps1 突然從4.8MPa 下降至1.4MPa，而出口壓力Pd1 還來不及下降的一瞬間，高壓缸轉(zhuǎn)子軸向力F 突然增大（圖8）。

圖6 非驅(qū)動端軸承振動頻譜圖

高壓缸轉(zhuǎn)子軸向力一部分作用在轉(zhuǎn)子平衡鼓上，另一部分作用在止推軸承上，由于轉(zhuǎn)子軸向力突然增大，使得止推軸承磨損量達到0.12mm、溫度突然增高至138℃、推力盤鎖緊螺母明顯變形，推力盤移動約2.6mm，而干氣密封設(shè)計軸向位移（最大允許壓縮量）為±2.5mm，轉(zhuǎn)子向驅(qū)動側(cè)移動了2.6mm，這時干氣密封靜環(huán)與固定座已經(jīng)貼死，轉(zhuǎn)子的軸向力轉(zhuǎn)由干氣密封靜環(huán)承擔(dān)，從而造成干氣密封損壞。

圖7 止推瓦塊

圖8 轉(zhuǎn)子軸向力F

高壓缸轉(zhuǎn)子的軸位移探頭所測得的軸位移數(shù)據(jù)是從-0.361mm 移動到-0.761mm，而轉(zhuǎn)子相對推力盤移動約2.6mm 沒有測量到，原因在于高壓缸轉(zhuǎn)子的軸位移探頭所測量的是止推盤的軸向位移，并非轉(zhuǎn)子的實際軸向位移，一旦轉(zhuǎn)子和止推盤有相對移動，測量值就與實際值不一致。對于高壓缸聯(lián)軸器潤滑油內(nèi)的黑色雜物，則是干氣密封損壞后的碳化硅顆粒。

四、處理措施

（1）更換高壓缸驅(qū)動端徑向瓦塊、干氣密封和干氣密封鎖緊螺母，非驅(qū)動端徑向瓦塊、止推瓦塊、止推盤鎖緊螺母和干氣密封。

（2）停車時應(yīng)緩慢減負(fù)荷，盡量避免突然停車。

（3）為避免干氣密封損壞后的碳化硅顆粒進入潤滑油系統(tǒng)，造成壓縮機組軸承瓦塊磨損，需要對潤滑油管線進行仔細清洗。為防止雜物進入干氣密封，開車前需要對密封氣管線和氮氣管線進行仔細吹掃。

（4）為避免因止推盤移動造成壓縮機轉(zhuǎn)子軸位移探頭測量值不真實而導(dǎo)致的誤判斷，把軸位移探頭測量點由原來的止推盤處更改到軸端面。