2#BPRT透平機組氮氣密封系統改造實踐

張 勝，王 東

（河南濟源鋼鐵（集團）有限公司，河南濟源 459000）

0 引言

河南濟源鋼鐵（集團）有限公司2#BPRT 機組由陜鼓集團設計制造，型號為AV63+MPG9.7 同軸機組，于2012 年3 月份投產使用，在運行半年后透平機閥軸端密封泄漏煤氣，現場煤氣達到1000×10-6（要求小于50×10-6），威脅到崗位巡檢工的人身安全，嚴重時需要透平機停機檢修，影響BPRT 機組的節電效益，造成經濟效益損失。

1 氮氣密封系統工作原理

2#BPRT 透平機軸端密封方式原為碳環密封+梳齒迷宮式密封+氮氣密封（圖1）。

圖1 BPRT 透平軸端密封結構

（1）梳齒迷宮式密封（圖2）。在轉子上鑲嵌多級環形密封條，形成多個密封環與機殼上的密封槽相互配合成為多級迷宮密封，起到阻止煤氣泄漏的作用，達不到完全密封的要求，成為第一級密封。

（2）碳環密封（圖3）。由密封腔體和浮動碳環組成，每組浮動碳環有三瓣，用彈簧將浮動碳環箍緊成環，安裝在密封腔體內，與轉子上密封套組成密封組件。當轉子在高速旋轉上浮時，浮動碳環沿徑向滑動，利用拉簧的作用力，將浮動碳環內環面與轉子碳環軸套間保持小間隙，實現碳環的密封成為第二套密封。

（3）充氮。通過在梳齒迷宮密封和碳環密封中通入高于煤氣壓力30 kPa 以上的氮氣，氮氣在梳齒迷宮式密封和碳環密封中形成環流，使密封達到最佳效果。

2 2#BPRT 透平機組泄漏煤氣原因分析

梳齒迷宮式密封透平膨脹機第一級密封，透平機旋轉過程中轉子徑向跳動，軸瓦與軸頸的間隙為0.2～0.25 mm，需要保持梳齒和氣封套的間隙＞0.25 mm 保證不刮蹭，因為有間隙，所以不能避免泄漏煤氣。

2#BPRT 透平機轉子過臨界轉速或者振動大時容易造成梳齒和氣封套之間碰撞摩擦，梳齒容易磨損造成煤氣泄漏量增大（圖4）。

碳環密封其結構為拉簧將碳環和軸套緊密接觸，運行一段時間后，密封碳環和石墨軸套均磨損，當軸套上石墨磨損完畢，將無法實現密封，使用過程中碳環容易破損（圖5）。

圖2 梳齒迷宮式密封結構

圖3 碳環密封結構

圖4 磨損的梳齒

氮氣密封組合軸封是使用氮氣充滿在梳齒式迷宮密封體和碳環密封體內，利用氮氣壓力高于煤氣壓力進行強制密封。但是由于梳齒磨損和碳環密封的失效，即使使用氮氣強制密封，機組仍然會泄漏煤氣。2#BPRT 透平機運行后氮氣由原來壓差設定在30 kPa 上升到200 kPa，氮氣的使用量由60 m3/h 上升到到300 m3/h，機組仍然存在泄漏煤氣的現象，最終不得不停機檢修。

圖5 破碎的碳環密封

3 透平機氮氣密封系統改造實踐

通過陜鼓和成都愛迪公司技術交流，對2#BPRT 透平機機組進行氮氣密封改造。新型軸端密封是一個組合式密封，由TRT-FC 自調端密封組件（又簡稱自調密封）和ASF 密封環組件兩部分共同組成，原氮氣密封系統不變（圖6～圖8）。

圖6 透平機新型軸端密封

ASF 密封環組件是一種以蜂窩密封形式為主的新型密封（圖9）。其密封特性是：密封效果更佳，耐磨，耐高溫，利于機組穩定；相比于迷宮氣封，可緩沖異常振動對軸的傷害，不易傷及所接觸的軸徑表面。

TRT-FC 自調端密封組件的形位尺寸與原傳統碳環密封完全相同，但結構形式更優化，便于安裝，密封性能更好，使用壽命延長（圖10）。

圖7 新型ASF 密封環組件局部

4 改造效果驗證

2#BPRT透平機的運行效果：①BPRT透平機改變密封的結構形式，氮氣密封效果良好，提高機組安全運行的可靠性，在軸端檢測煤氣含量為0；②改造后機組氮氣消耗量為80 Nm3/h；③蜂窩密封的氣流激振比較小，有利于機組日常穩定運行，尤其機組比較容易沖臨界轉速；④機組振動振幅保持15 μm 以下。

圖8 機組密封系統組裝完成

圖9 ASF 密封環組件蜂窩密封形式

圖10 TRT-FC 自調端密封組件

5 透平機軸端密封改造后的經濟效益

透平改造后氮氣使用量由原來的240 Nm3/h，降低為80 Nm3/h，每年節約費用13 萬元（氮氣價格0.1 元/m3，機組運行360 d）。透平機組軸端煤氣泄漏量0 ppm，遠遠低于國家工業企業安全生產管理規定，滿足崗位人員正常設備巡檢的需求。日常檢修方便，轉子無需返廠更換梳齒、做動平衡等，縮短了檢修時間，機組日常開蓋檢查由原來的24 h 縮短到現在的8 h，提高BPRT 節點效益。碳環密封裝置是非接觸式密封方式，在保證密封效果的前提下不僅延長了轉子軸端密封套及氣膜密封裝置的使用壽命，而且消除了碳環對轉子的擾動力，將碳環密封使用壽命由原來的1 年延長到3 年。