透平氨壓縮機組干氣密封磨損原因分析和解決措施

胡繼衛，張學信

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

透平氨壓縮機組干氣密封磨損原因分析和解決措施

胡繼衛，張學信

(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組的工藝流程，分析了干氣密封損壞的原因，并提出了相應的解決措施。通過在盤車電機與盤車機構之間增設1臺減速機，將機組盤車轉速由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，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H2和CO進行提純后再送往下游裝置。合成凈化裝置有4臺汽輪機驅動的離心壓縮機組，其中1臺為透平氨壓縮機組。該透平氨壓縮機組對來自低溫甲醇洗裝置的氣氨進行壓縮，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。該機組的離心壓縮機型號為MCL607+2MCL607，分2個缸，十四級三段壓縮，軸端密封采用帶中間迷宮的串聯式干氣密封。試車期間，氨壓縮機組突然出現干氣密封一級泄漏氣量增大的問題，拆檢后發現干氣密封動靜環、高壓缸及低壓缸磨損嚴重。針對出現的問題進行了比較分析，最終找出原因，并對盤車機構進行初步改造后試車成功。

1 透平氨壓縮機組工藝流程

透平氨壓縮機組工藝流程見圖1。來自低溫甲醇洗裝置的氣氨[-38 ℃，63 kPa(絕壓，下同)]進入低壓缸，經1～7級壓縮、中間換熱后，與來自低溫甲醇洗裝置的氣氨(0 ℃，0.42 MPa)混合后進入高壓缸，經8～11級壓縮、中間換熱后，再經12～14級壓縮排出氣氨(107 ℃，1.66 MPa)。排出的氣氨小部分去干氣密封系統作為工藝氣進行一級密封，大部分氣氨經防喘振冷卻器以后分為兩路，一路經2只防喘振控制閥去一段分離器、二段分離器，另一路經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

在透平氨壓縮機組第3次試車過程中，出現干氣密封一級泄漏氣量增大的異?，F象。停機后，先后對壓縮機的振動、位移等參數進行檢查，對干氣密封的過濾器壓差、一級密封氣壓力、二級密封氣流量等數據進行核對，并拆檢過濾器，均未發現異常。對干氣密封進行靜態試驗，發現一級泄漏氣量仍有3 m3/h(標態)，于是決定對干氣密封進行拆檢，結果發現一、二級密封氣泄漏口處均存在石墨粉末，動、靜環端面均有明顯的磨損痕跡，密封內殘留部分石墨粉末，動壓槽也有輕微磨損。根據干氣密封拆檢結果，判斷在試車過程中干氣密封動、靜環出現了嚴重的非正常磨損。前2次試車過程中泄漏氣量正常，第3次試車達到正常負荷后，前階段機組運行狀態十分良好，而之后干氣密封出現問題，極可能是干氣密封干磨損突然達到臨界值造成動、靜環磨損而使泄漏氣量增大。干氣密封的干磨有4個階段，即開機前盤車階段、開車暖機階段、停機減速階段以及停機后的盤車階段。

圖1 透平氨壓縮機組工藝流程

根據分析結果，決定縮短干磨時間，以減輕密封的磨損。為此，測算了4個非正常轉速階段的時間：開機前盤車3.0 h，開車暖機0.5 h，停機減速0.1 h，停機后盤車72.0 h，即每次開、停車干氣密封將進行75.6 h的干磨。由于離心機采用高壓蒸汽汽輪機驅動，啟動前的盤車是為了調直汽輪機的轉子，防止漏氣而造成轉子發生熱彎曲，并檢查轉子及缸體之間是否有摩擦或異常情況；停機后的盤車是為了保證汽輪機轉子均勻冷卻，防止轉子彎曲。因此，75.6 h的非正常轉動幾乎無法避免。

因龍宇公司的暖機轉速均控制在干氣密封生產企業要求的最低運行轉速以上，故可以排除開車暖機階段的0.5 h是引起密封磨損的原因；而停機減速的0.1 h期間，因干磨時間較短，也可以排除；剩余的75.0 h的盤車時間，因盤車轉速為19 r/min，遠高于干氣密封生產企業要求的盤車轉速(<10 r/min)，因此，可判斷是因為盤車使密封長時間低速運轉，加速磨損，導致密封損壞。由于干氣密封動、靜環端面形成穩定氣膜以實現非接觸運行需一定的轉速(端面線速度至少為5 m/s以上)，所以在盤車工況下，動、靜環端面間無法形成穩定氣膜，即存在端面磨損。盤車轉速越大、時間越長，其磨損就越嚴重，密封的使用壽命也越短。經研究，密封的干磨時間最多只能縮短6.0～8.0 h，否則將會引發汽輪機的其他問題。因此，縮短干氣密封干磨時間以延長干氣密封使用壽命的方法基本不可行。為此，查閱相關資料，經多次分析討論，認為如能將機組盤車轉速降至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，解決問題的關鍵在于降低盤車轉速。當轉子的盤車轉速經傳動機構減速后，轉速為19 r/min，根據干氣密封設計給出的盤車轉速的要求(<10 r/min)，結合干氣密封生產企業給出的盤車轉速建議，決定將機組盤車轉速控制在1 r/min左右。經分析研究后，提出以下3種改造方案：①對盤車電機增設變頻器，調節盤車電機轉速，以降低轉子盤車速度；②調整汽輪機盤車齒輪速比；③在盤車電機與盤車機構之間增設1臺減速機(圖2)。

圖2 改造后盤車機構示意

方案一改造實施簡單，但對電機增設變頻器后，電機的軸功率輸出嚴重下降，根本無法盤動轉

子，且電機發熱量極大。方案二實施起來相對可靠，可通過更換渦輪蝸桿改變傳動比降低轉速，但需對軸承箱進行改造或更換，改造費用需8萬元，且改造時間需2個月左右，故最終選擇方案三進行改造。通過一系列的計算、測繪和選型工作，最終改造參數如下：電機功率0.55 kW，中間減速機變比為27∶1，輸出轉速51 r/min。改造后經多次試車運行，電機、減速機的發熱情況良好，輸出功率滿足盤車要求，振動參數在可控范圍內，且干氣密封運行參數都在指標范圍內(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組工藝參數對比

機組正常運行轉速/(r·min-1)低壓缸一級密封氣泄漏量/(m3·h-1,標態)改造前改造后高壓缸一級密封氣泄漏量/(m3·h-1,標態)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)改造前后盤車轉速分別為19 r/min和1 r/min左右

4 結語

與方案二相比，方案三改造成本僅3 000元，改造耗時為21 d，節電4.95 kW。在19 r/min的盤車轉速下，干氣密封干磨約180 h即出現泄漏氣量增大的問題；而當盤車轉速改為1 r/min左右時，干氣密封干磨壽命將延長至600 h，不僅節省了干氣密封維修費用，而且降低了運行成本。

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(1985—)男，大學本科，主要從事離心壓縮機、甲醇合成與煤氣凈化的生產技術管理工作；hujiwei888@126.com

TH45

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1006- 7779(2017)01- 0035- 03

2014- 09- 14)