透平氨壓縮機(jī)組干氣密封磨損原因分析和解決措施

胡繼衛(wèi)，張學(xué)信

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

透平氨壓縮機(jī)組干氣密封磨損原因分析和解決措施

胡繼衛(wèi)，張學(xué)信

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

介紹了透平氨壓縮機(jī)組的工藝流程，分析了干氣密封損壞的原因，并提出了相應(yīng)的解決措施。通過在盤車電機(jī)與盤車機(jī)構(gòu)之間增設(shè)1臺(tái)減速機(jī)，將機(jī)組盤車轉(zhuǎn)速由19 r/min降低至1 r/min左右，干氣密封磨損問題得以解決。

透平氨壓縮機(jī)組；干氣密封；磨損

河南龍宇煤化工有限公司(以下簡稱龍宇公司)二期合成凈化裝置的作用是脫除煤氣中的H2S和CO2等雜質(zhì)，以提高合成氣中CO和H2含量，并通過變壓吸附和深冷分離裝置對(duì)H2和CO進(jìn)行提純后再送往下游裝置。合成凈化裝置有4臺(tái)汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心壓縮機(jī)組，其中1臺(tái)為透平氨壓縮機(jī)組。該透平氨壓縮機(jī)組對(duì)來自低溫甲醇洗裝置的氣氨進(jìn)行壓縮，將低壓氣氨升壓至可冷凝的壓力，從而為低溫甲醇洗裝置提供充足的冷量。該機(jī)組的離心壓縮機(jī)型號(hào)為MCL607+2MCL607，分2個(gè)缸，十四級(jí)三段壓縮，軸端密封采用帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封。試車期間，氨壓縮機(jī)組突然出現(xiàn)干氣密封一級(jí)泄漏氣量增大的問題，拆檢后發(fā)現(xiàn)干氣密封動(dòng)靜環(huán)、高壓缸及低壓缸磨損嚴(yán)重。針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了比較分析，最終找出原因，并對(duì)盤車機(jī)構(gòu)進(jìn)行初步改造后試車成功。

1 透平氨壓縮機(jī)組工藝流程

透平氨壓縮機(jī)組工藝流程見圖1。來自低溫甲醇洗裝置的氣氨[-38 ℃，63 kPa(絕壓，下同)]進(jìn)入低壓缸，經(jīng)1～7級(jí)壓縮、中間換熱后，與來自低溫甲醇洗裝置的氣氨(0 ℃，0.42 MPa)混合后進(jìn)入高壓缸，經(jīng)8～11級(jí)壓縮、中間換熱后，再經(jīng)12～14級(jí)壓縮排出氣氨(107 ℃，1.66 MPa)。排出的氣氨小部分去干氣密封系統(tǒng)作為工藝氣進(jìn)行一級(jí)密封，大部分氣氨經(jīng)防喘振冷卻器以后分為兩路，一路經(jīng)2只防喘振控制閥去一段分離器、二段分離器，另一路經(jīng)氨冷凝器冷卻為液氨后送至液氨貯槽，作為低溫甲醇洗裝置的冷卻劑。

2 存在問題及原因分析

在透平氨壓縮機(jī)組第3次試車過程中，出現(xiàn)干氣密封一級(jí)泄漏氣量增大的異常現(xiàn)象。停機(jī)后，先后對(duì)壓縮機(jī)的振動(dòng)、位移等參數(shù)進(jìn)行檢查，對(duì)干氣密封的過濾器壓差、一級(jí)密封氣壓力、二級(jí)密封氣流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，并拆檢過濾器，均未發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)干氣密封進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一級(jí)泄漏氣量仍有3 m3/h(標(biāo)態(tài))，于是決定對(duì)干氣密封進(jìn)行拆檢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一、二級(jí)密封氣泄漏口處均存在石墨粉末，動(dòng)、靜環(huán)端面均有明顯的磨損痕跡，密封內(nèi)殘留部分石墨粉末，動(dòng)壓槽也有輕微磨損。根據(jù)干氣密封拆檢結(jié)果，判斷在試車過程中干氣密封動(dòng)、靜環(huán)出現(xiàn)了嚴(yán)重的非正常磨損。前2次試車過程中泄漏氣量正常，第3次試車達(dá)到正常負(fù)荷后，前階段機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)十分良好，而之后干氣密封出現(xiàn)問題，極可能是干氣密封干磨損突然達(dá)到臨界值造成動(dòng)、靜環(huán)磨損而使泄漏氣量增大。干氣密封的干磨有4個(gè)階段，即開機(jī)前盤車階段、開車暖機(jī)階段、停機(jī)減速階段以及停機(jī)后的盤車階段。

圖1 透平氨壓縮機(jī)組工藝流程

根據(jù)分析結(jié)果，決定縮短干磨時(shí)間，以減輕密封的磨損。為此，測算了4個(gè)非正常轉(zhuǎn)速階段的時(shí)間：開機(jī)前盤車3.0 h，開車暖機(jī)0.5 h，停機(jī)減速0.1 h，停機(jī)后盤車72.0 h，即每次開、停車干氣密封將進(jìn)行75.6 h的干磨。由于離心機(jī)采用高壓蒸汽汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，啟動(dòng)前的盤車是為了調(diào)直汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子，防止漏氣而造成轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲，并檢查轉(zhuǎn)子及缸體之間是否有摩擦或異常情況；停機(jī)后的盤車是為了保證汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子均勻冷卻，防止轉(zhuǎn)子彎曲。因此，75.6 h的非正常轉(zhuǎn)動(dòng)幾乎無法避免。

因龍宇公司的暖機(jī)轉(zhuǎn)速均控制在干氣密封生產(chǎn)企業(yè)要求的最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速以上，故可以排除開車暖機(jī)階段的0.5 h是引起密封磨損的原因；而停機(jī)減速的0.1 h期間，因干磨時(shí)間較短，也可以排除；剩余的75.0 h的盤車時(shí)間，因盤車轉(zhuǎn)速為19 r/min，遠(yuǎn)高于干氣密封生產(chǎn)企業(yè)要求的盤車轉(zhuǎn)速(<10 r/min)，因此，可判斷是因?yàn)楸P車使密封長時(shí)間低速運(yùn)轉(zhuǎn)，加速磨損，導(dǎo)致密封損壞。由于干氣密封動(dòng)、靜環(huán)端面形成穩(wěn)定氣膜以實(shí)現(xiàn)非接觸運(yùn)行需一定的轉(zhuǎn)速(端面線速度至少為5 m/s以上)，所以在盤車工況下，動(dòng)、靜環(huán)端面間無法形成穩(wěn)定氣膜，即存在端面磨損。盤車轉(zhuǎn)速越大、時(shí)間越長，其磨損就越嚴(yán)重，密封的使用壽命也越短。經(jīng)研究，密封的干磨時(shí)間最多只能縮短6.0～8.0 h，否則將會(huì)引發(fā)汽輪機(jī)的其他問題。因此，縮短干氣密封干磨時(shí)間以延長干氣密封使用壽命的方法基本不可行。為此，查閱相關(guān)資料，經(jīng)多次分析討論，認(rèn)為如能將機(jī)組盤車轉(zhuǎn)速降至10 r/min或5 r/min，甚至更低，可以延長干氣密封的使用壽命。

3 解決措施

通過以上分析，解決問題的關(guān)鍵在于降低盤車轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子的盤車轉(zhuǎn)速經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速后，轉(zhuǎn)速為19 r/min，根據(jù)干氣密封設(shè)計(jì)給出的盤車轉(zhuǎn)速的要求(<10 r/min)，結(jié)合干氣密封生產(chǎn)企業(yè)給出的盤車轉(zhuǎn)速建議，決定將機(jī)組盤車轉(zhuǎn)速控制在1 r/min左右。經(jīng)分析研究后，提出以下3種改造方案：①對(duì)盤車電機(jī)增設(shè)變頻器，調(diào)節(jié)盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速，以降低轉(zhuǎn)子盤車速度；②調(diào)整汽輪機(jī)盤車齒輪速比；③在盤車電機(jī)與盤車機(jī)構(gòu)之間增設(shè)1臺(tái)減速機(jī)(圖2)。

圖2 改造后盤車機(jī)構(gòu)示意

方案一改造實(shí)施簡單，但對(duì)電機(jī)增設(shè)變頻器后，電機(jī)的軸功率輸出嚴(yán)重下降，根本無法盤動(dòng)轉(zhuǎn)

子，且電機(jī)發(fā)熱量極大。方案二實(shí)施起來相對(duì)可靠，可通過更換渦輪蝸桿改變傳動(dòng)比降低轉(zhuǎn)速，但需對(duì)軸承箱進(jìn)行改造或更換，改造費(fèi)用需8萬元，且改造時(shí)間需2個(gè)月左右，故最終選擇方案三進(jìn)行改造。通過一系列的計(jì)算、測繪和選型工作，最終改造參數(shù)如下：電機(jī)功率0.55 kW，中間減速機(jī)變比為27∶1，輸出轉(zhuǎn)速51 r/min。改造后經(jīng)多次試車運(yùn)行，電機(jī)、減速機(jī)的發(fā)熱情況良好，輸出功率滿足盤車要求，振動(dòng)參數(shù)在可控范圍內(nèi)，且干氣密封運(yùn)行參數(shù)都在指標(biāo)范圍內(nèi)(表1)，干氣密封磨損的問題得以解決。

表1 改造前后透平氨壓縮機(jī)組工藝參數(shù)對(duì)比

機(jī)組正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速/(r·min-1)低壓缸一級(jí)密封氣泄漏量/(m3·h-1,標(biāo)態(tài))改造前改造后高壓缸一級(jí)密封氣泄漏量/(m3·h-1,標(biāo)態(tài))改造前改造后63009.08.99.19.063509.18.99.19.066199.19.09.19.1672111.99.110.29.1645612.29.00.19.0

注：1)改造前后盤車轉(zhuǎn)速分別為19 r/min和1 r/min左右

4 結(jié)語

與方案二相比，方案三改造成本僅3 000元，改造耗時(shí)為21 d，節(jié)電4.95 kW。在19 r/min的盤車轉(zhuǎn)速下，干氣密封干磨約180 h即出現(xiàn)泄漏氣量增大的問題；而當(dāng)盤車轉(zhuǎn)速改為1 r/min左右時(shí)，干氣密封干磨壽命將延長至600 h，不僅節(jié)省了干氣密封維修費(fèi)用，而且降低了運(yùn)行成本。

Analysis of Causes of Dry Gas Seal Wear of Turbine Driven AmmoniaCompressor Unit and Countermeasures

HU Jiwei, ZHANG Xuexin

(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng 476600, China)

The process flow of turbine driven ammonia compressor unit is introduced, the causes of dry gas seal damage are analyzed, and countermeasures are proposed. By adding a reducer between turning motor and turning gear, the turning speed of the unit is reduced from 19 r/min to about 1 r/min, the dry gas seal wearing problem is solved.

turbine driven ammonia compressor unit; dry gas seal; wear

胡繼衛(wèi)(1985—)男，大學(xué)本科，主要從事離心壓縮機(jī)、甲醇合成與煤氣凈化的生產(chǎn)技術(shù)管理工作；hujiwei888@126.com

TH45

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1006- 7779(2017)01- 0035- 03

2014- 09- 14)