氮氣壓縮機汽輪機油封泄漏原因分析及處理

趙貴富，卜素萍，張瑞成

（中海石油天野化工股份有限公司，內蒙古呼和浩特 010070）

氮氣壓縮機汽輪機油封泄漏原因分析及處理

趙貴富，卜素萍，張瑞成

（中海石油天野化工股份有限公司，內蒙古呼和浩特 010070）

介紹氮氣壓縮機驅動汽輪機油封泄漏的原因和處理方法，采取提高密封空氣壓力這一措施后，收到了良好的效果。

汽輪機；油封泄漏；潤滑油壓；油箱背壓；回油孔堵塞；密封空氣壓力

1 概 述

中海石油天野化工股份有限公司年產300 kt合成氨、520 kt尿素裝置是上世紀90年代初成套引進的。提供3．4 MPa（A）、5．25 MPa（A）氮氣的氮氣壓縮機由凝氣式汽輪機驅動。汽輪機由德國西門子公司制造，正常轉速11 429 r／min，蒸汽流量37．4 t／h，進／出口蒸汽壓力10．0／0．0124 MPa（A），主蒸汽溫度490℃，正常功率9 846 k W，級數為19級。

主蒸汽經起危急遮斷作用的主汽閥和由505調速器控制開度的調節閥后進入汽輪機，高溫高壓蒸汽沖動轉子做功，最終在末級葉輪處成為乏汽而排出，進入合成氨四大機組共用的表面冷凝器的殼程，在負壓下被循環水冷凝，冷凝液由冷凝液泵加壓后送往各相關單元。

來自于3．9 MPa（A）蒸汽管網與主汽閥泄漏的蒸汽匯合后的蒸汽，作為軸封蒸汽，經壓力調節閥控制壓力為20 kPa（A）后進入汽輪機兩端缸體的汽封腔，然后由汽輪機兩端軸封蒸汽放空管排至大氣。

供給氮氣壓縮機組的潤滑油分別進入汽輪機與壓縮機的高、低壓側，潤滑、冷卻各止推軸承與徑向軸承，經過各潤滑點后進入潤滑油回油總管，進而返回油箱。由儀表空氣總管來的儀表空氣進入氮氣壓縮機組，經自力式調節閥調節壓力后，流量為48 m3／h，分為用量基本相同的4股送往汽輪機與壓縮機出、入口端4個軸端氣封腔作為密封空氣，其中約40%漏入軸承箱后隨潤滑油一起回到油箱。

2 氮氣壓縮機汽輪機存在的問題

2012年2月4日發現氮氣壓縮機汽輪機高壓側冒煙，檢查確認是高壓側軸承箱油封處潤滑油泄漏，被轉子旋轉甩到汽輪機高溫處所致，臨時采取了拆除部分罩殼和保溫棉，制作接油槽將漏油引流，接氮氣吹除稀釋防止著火的措施。到了2月12日，油煙明顯增大，漏油有進一步擴大的趨勢，存在引發火災的風險；以上措施已不能確保該設備的安全穩定運行，裝置面臨著停車檢修的困境。

3 原因分析

為了確定油封泄漏的具體原因，對各方面可能引起泄漏的因素進行了認真仔細的分析和排查。

3.1 工藝方面

（1）潤滑油壓。潤滑油壓長期未進行過調整，穩定在0．17 MPa（G）左右，可以排除因油壓上漲導致軸承箱中油位升高進而順油封滲漏的因素。

（2）密封空氣。密封空氣壓力由自力式調節閥控制，自原始開車以來從未改變過該工藝參數，同樣不會造成油封泄漏。

（3）油箱背壓。工藝方面唯一可能的影響因素就是油箱背壓升高導致回油不暢。雖然回油視鏡液位沒有明顯變化，我們仍然對每個可能影響背壓的因素進行了確認及檢查、調整。首先加強對油溫的控制，使其處于指標允許范圍的低限，降低油箱和軸承供油溫度；其次專門對油霧風機進行了檢查，沒發現有打量不好的現象，同時，還對油霧風機出口阻火器進行了排查，沒有發現明顯的異常。此外，還采取了油霧風機出口孔板孔徑由原來的15 mm擴大到25 mm、在油箱頂部的安全排放口加裝臨時風機抽油煙降低背壓的措施，同樣沒有收到明顯的效果。

3.2 設備方面

通過對工藝方面可能導致油封漏油因素的逐一排除，最終將目光集中到了設備本身上。氮氣壓縮機汽輪機軸承箱油封采用直通型迷宮密封，為軸向剖分結構，安裝在軸承箱殼體所車出的溝槽中，設有3級依次排列的環行密封齒，齒與齒之間形成截流間隙與膨脹空腔，泄漏油在迷宮中流動時，一方面因慣性影響而產生收縮，流束截面減小；另一方面因粘性而產生摩擦使流速減慢、流量降低，從而達到密封的目的。在油封環的下方相鄰梳齒之間，鉆有5個徑向排油孔，使可能積聚的潤滑油流回到軸承箱中。密封空氣則通入油封環最外側的氣封槽中，用作汽封和油封之間的隔離氣，防止蒸汽進入潤滑油中使油中帶水而發生乳化變質現象。

了解了油封的結構，就可以判斷出油封泄漏的可能原因：一是受汽缸輻射熱的影響，軸承箱或油封膨脹變形；二是油封梳齒磨損；三是油封回油孔堵塞?，F場實測與汽輪機高壓缸相鄰一側軸承箱殼體溫度為85℃，不會導致油封變形，可排除熱膨脹的影響。距離上次停車汽輪機已連續穩定運行了4個多月，不大可能出現梳齒突然嚴重磨損的情況，這一因素也可以排除掉。汽輪機已3 a沒有對油封進行過檢查清理，回油孔被油泥或積炭堵塞的可能性很大，因此，最終確認回油孔部分堵塞是油封泄漏的主要原因。

4 處理措施

原因找到了，問題如何解決又成了一道難題。不到萬不得已，裝置停車進行檢修顯然是不現實的，只能從工藝調整上來想辦法緩解甚至消除泄漏。降低油箱背壓方面已經做了很多工作，沒有收到多少效果，已無繼續做文章的必要。雖然降低潤滑油供油壓力可能會對緩解油封泄漏有一些好處，但同時也可能帶來軸瓦溫度升高的負面影響，權衡利弊還是決定以不進行調整為宜。擺在面前可供選擇的方法只有一個，就是通過提高密封空氣壓力的方法來解決問題。

密封空氣壓力原設計值為1．5 k Pa（G）。密封空氣進入氣封后充滿腔體并經過梳齒后向軸承箱兩邊流動擴散，如果提高密封空氣壓力，向軸承箱外流動擴散氣體量的增加對設備沒有不良影響，通過油封梳齒后向軸承箱內流動時則會對軸承潤滑狀況帶來較大影響?？赏ㄟ^計算來確定其影響到底有多大。

在亞音速流動、低壓情況下迷宮密封的泄漏量采用斯托道拉公式計算［1］：

式中：QT——理論泄漏量，m3／h；

S——梳齒縫隙斷面積，m2；

R——氣體常數；

Ti——間隙出口處密封介質的絕對溫度，K；

z——梳齒數；

pi——間隙入口密封介質絕對壓力，MPa；

p0——間隙出口密封介質絕對壓力，MPa。

軸承箱內壓力基本上為常壓，即p0可視為常壓；汽輪機入口側氣封正常消耗空氣約12 m3／h，其中漏入軸承箱的空氣約5 m3／h。通過計算可知，如果密封空氣壓力增大十倍，即增大到15 k Pa（G），通過油封梳齒進入軸承箱內的氣體量約為原來的4．7倍，即24 m3／h；油箱油霧風機設計出口流量為430 m3／h，則增加的氣量為6%，不會超過其110%的工作余量，同樣也不會使背壓升高而導致回油受阻。

為了穩妥起見，具體實施時采取了分步進行的方法。由于調整原密封空氣減壓閥會使汽輪機與壓縮機出、入口端密封空氣壓力均升高，操作上有很大難度，只能另尋合適的氣源。為此，將原高壓側密封空氣管線斷開，從氮氣壓縮機一段出口1．2 MPa（G）的壓力表導淋新配氮氣管線、減壓閥到原密封空氣管碰口。投用時，在通過新安裝在該管線上的壓力表觀察密封空氣壓力、油封漏油情況的同時，緩慢提高密封空氣壓力。隨著密封空氣壓力的逐漸提高，油封漏油量也逐漸減??；當密封空氣壓力提到10 k Pa（G）時，油封徹底地不再向外漏油。

5 結束語

采取提高密封空氣壓力這一措施后，收到了良好的效果，機組安全穩定運行至今已1 a有余。雖然油封泄漏的真正原因有待于在汽輪機檢修時進行驗證，但這一問題的在線解決，無疑為今后類似問題的處理積累了有益的經驗，提供了一種新的思路和方法。

［1］呂瑞典編．化工設備密封技術［M］．北京：石油工業出版社，2006：140～146．

Nitrogen Compressor Turbine Seal Leakage Causes and Treatment

ZHAO Gui-fu,Bu Su-ping,ZHANG Rui-cheng
（Tianye Chemical Co．，Ltd of CNOOC，Hohhot Inner Mongolia 010070，China）

Describe the causes of oil seal leakage in the turbine driven by the nitrogen compressor and it？s treatment．After increasing the sealing air pressure，the sealing effects are good．

turbine；oil seal leakage；lubricating pressure；lubricating oil tank backpressure；lubricant reflux hole plugging；sealing air pressure

TK263．8

B

1003-6490（2014）01-0027-02

2014-01-10

趙貴富（1972－），男，內蒙古呼和浩特人，工程師，在中海石油天野化工股份有限公司化肥一部從事技術管理工作。