二氧化碳壓縮機高壓缸平衡腔壓力高原因分析

潘緒磊

（重慶建峰化肥有限公司，重慶 408601）

0 引言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司第二套尿素裝置采用二氧化碳氣提工藝，裝置內二氧化碳壓縮機采用日本HI原TACHI公司設計生產的離心式壓縮機，型號為2MCH606+2BCH306/A，高壓缸為多級離心式內外筒結構，密封結構為迷宮密封和干氣密封相結合，四段配有平衡盤平衡軸向力，并且平衡管與三段入口相連接。

1 存在的問題

高壓缸平衡腔的壓力應是三段入口的壓力。正常工況三段入口壓力應為1.93 MPa左右，根據密封氣的設計原理，密封氣壓力應比平衡腔壓力高，且根據設計要求四段密封氣壓力應大于平衡腔壓力（30～40）kPa，密封氣的供氣壓力為（1.96～1.97）MPa。

2012年原始開車時，三段入口的壓力一般控制在2 MPa（表）左右，四段平衡腔壓力一般為2.35 MPa（表），比設計壓力高了近0.4 MPa。為了保證干氣密封正常運行，不得不將密封氣壓力調至2.38 MPa以上，這樣只有將密封氣系統調節閥開度100%并開副線才能滿足要求，而且使干氣密封使用工況發生改變，縮短使用壽命。

至2016年，平衡腔壓力已升至2.7 MPa，5月后上升為3 MPa，同時高壓缸四段徑向軸承振動由25滋m增大至39滋m，11月高壓缸主推軸承溫度由92℃快速上升至107℃。通過調整機組工況，平衡腔壓力、軸承振動及主推溫度無明顯變化。

2 原因分析

2.1 軸承磨損致使平衡轂氣封磨損

2016年5月，檢查高壓缸前后徑向軸承，抬軸法復查軸承間隙：四段為0.4 mm，三段為0.23 mm（技術要求（0.1～0.14）mm），前后徑向軸承磨損，三段徑向軸承底部瓦塊經測量磨損量 0.12 mm，四段徑向軸承底部瓦塊經測量磨損量0.34 mm（圖 1）。

圖1 高壓缸徑向軸承

由于軸承磨損，轉子中心下移，平衡轂接觸磨損平衡轂氣封，使其密封間隙增大，泄漏量增大。

2.2 平衡轂氣封設計問題

平衡轂氣封為剖分式梳齒密封，但剖分面間隙過大，在安裝位置測量單邊間隙約0.9 mm，且外圈或封頭位置無O形環等密封設計（圖2）。

圖2 平衡轂氣封

這樣間隙在運行過程中就會形成泄漏通道，氣封不能發揮良好的“迷宮效應”。同時，安裝位置無有效密封，也會發生泄漏。

3 處理措施及效果

3.1 軸承磨損處理

由于軸徑發生電化學腐蝕，造成軸徑表面粗糙度不能達到使用要求（圖3）。

為保證轉子的正常繼續使用，對接地電刷更換，防止再次發生腐蝕現象。同時對軸徑進行手工拋光處理，由于軸徑達到暗光澤面粗糙度Ra要求0.1滋m，而現場手工拋光最大可以達到Ra0.4滋m，為減少軸承的磨損應盡量避免開停車。然后更換軸承瓦塊，并庫存備用以備使用。

3.2 平衡轂氣封改進

迷宮式密封是在密封腔和旋轉軸之間，由一組密封齒片形成一系列有規則的節流間隙和膨脹空腔，通過介質的黏性摩擦以及能量的轉化，產生逐級節流效應，從而實現密封。而平衡轂氣封剖分面間隙減弱了密封效果。

圖3 轉子軸徑

廠家在設計時考慮到熱膨脹的問題，所以必須留有一定的間隙。經過計算，固體線熱膨脹公式見式（1）。

式中 吟L——固體伸長量，mm

吟t——溫度的變化量，℃

a——線膨脹系數

L——固體在正常溫度的長度，mm

氣封為圓環狀，取直徑為計算長度，外圓直徑248 mm；正常溫度為20℃，運行時為111℃；氣封材料為鋁合金，查相關資料系數為 23.8伊10-6℃-1。則吟L抑0.54 mm。

根據現場測量，運行時氣封剖分面單邊存在0.46 mm的較大間隙。由于封頭安裝位置比較寬松，熱膨脹時有一定外部空間，所以運行時氣封剖分面單邊間隙比0.46 mm更大些。

對平衡轂氣封進行改進，即保持其他尺寸不變的情況下減小剖分面間隙，考慮到運行時熱膨脹量及不可計算值，將單邊間隙縮小至0.1 mm。在保證安裝的情況下，使氣封運行時剖分面盡量完全貼合，消除泄漏通道。由于氣封為剖分式，在外圈增加密封較為困難，暫不考慮。

3.3 效果

機組開車后，平衡腔壓力穩定在2.2 MPa，較原來有很大降低，同時密封氣系統在調節閥開度由原來的100%降到68%，且副線全關的情況下，依然能夠保證干氣密封氣壓差。

4 結論

通過軸承問題的處理和平衡轂氣封的改進，平衡腔壓力高問題得到有效改善，密封氣系統操作恢復正常，干氣密封運行工況得到改善并延長了使用壽命。