乙二醇合成氣壓縮機(jī)干氣密封故障處理

高明亮，張海永，陳永剛

（濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南濮陽(yáng) 457004）

乙二醇合成氣壓縮機(jī)干氣密封故障處理

高明亮，張海永，陳永剛

（濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南濮陽(yáng) 457004）

干氣密封在乙二醇合成氣壓縮機(jī)的應(yīng)用，通過(guò)典型故障分析，給出使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。

乙二醇；合成循環(huán)氣壓縮機(jī)；干氣密封；故障

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.09.30

0 前言

某年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇裝置合成氣壓縮機(jī)采用沈鼓DMCL804離心式壓縮機(jī)，軸端密封采用雙端面集裝式干氣密封，型號(hào)GCD02/L-190，密封設(shè)計(jì)壓力0.4 MPa，設(shè)計(jì)溫度100℃，設(shè)計(jì)最低轉(zhuǎn)速800 r/min，設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速11 000 r/min，盤車轉(zhuǎn)速10 r/min，動(dòng)平衡等級(jí)G 2.5，試驗(yàn)規(guī)范API617。該密封工作原理是流體靜力和液體動(dòng)力的平衡。動(dòng)環(huán)材料是SIC，固定在軸上旋轉(zhuǎn)，上有螺旋槽，槽深0.005～0.01 mm。與動(dòng)環(huán)配合的靜環(huán)的材料一般為石墨，靜環(huán)背后有彈簧。螺旋槽設(shè)計(jì)成單向，流體通過(guò)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)徑向結(jié)合面的唯一通路實(shí)現(xiàn)密封。隨著動(dòng)環(huán)的旋轉(zhuǎn)，密封表面的氣體進(jìn)入溝槽即被引入中心，被壓力的同時(shí)遇到密封堰的阻擋，密封堰對(duì)氣流產(chǎn)生阻力，因壓增大而推開撓性定位的靜環(huán)形成氣體間隙（即氣膜）間隙距離0.0025～0.005 mm，當(dāng)彈簧的閉合力與液體氣膜產(chǎn)生的開口力相等時(shí)，間隙建立，形成密封。干氣密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1 干氣密封結(jié)構(gòu)原理

如圖1所示，DMCL804離心式壓縮機(jī)軸端采用雙端面干氣密封，左側(cè)是壓縮機(jī)缸體，輸送介質(zhì)為合成循環(huán)氣，右側(cè)是大氣側(cè)，裝有徑向軸承。前置氣（氮?dú)猓┑淖饔檬亲钃鯔C(jī)殼內(nèi)臟的介質(zhì)氣體竄入干氣密封區(qū)域，污染密封；密封氣（氮?dú)猓┻M(jìn)入密封腔，靜態(tài)下幾乎沒(méi)有泄漏，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)微量密封氣分別向介質(zhì)側(cè)和大氣側(cè)泄漏，泄漏量＜1 m3/h，介質(zhì)側(cè)泄漏氣體（氮?dú)猓┻M(jìn)入機(jī)組內(nèi)部，大氣側(cè)端面泄漏氣（氮?dú)猓┌踩欧牛灰徊糠指綦x氣（氮?dú)猓┩ㄟ^(guò)內(nèi)側(cè)迷宮泄漏、與主密封大氣側(cè)端面泄漏氣混合后安全排放，另一部分通過(guò)外側(cè)迷宮泄漏至軸承箱內(nèi)，防止?jié)櫥臀廴久芊狻?/p>

圖1 干氣密封結(jié)構(gòu)

2 故障現(xiàn)象及原因分析

2.1 故障1

（1）故障現(xiàn)象。壓縮機(jī)組啟動(dòng)后，第一次暖機(jī)1000 r/min時(shí)機(jī)組驅(qū)動(dòng)端密封氣開始出現(xiàn)流量，第二次暖機(jī)1800 r/min時(shí)該流量超過(guò)正常流量2倍左右，達(dá)到2.3 m3/h，機(jī)組轉(zhuǎn)速過(guò)臨界轉(zhuǎn)速達(dá)到5000 r/min時(shí)，流量指示（FIA182）突然滿量程。當(dāng)班人員現(xiàn)場(chǎng)打開旁路閥，將FIA182流量控制在7～8 m3/h，以便于觀察流量。控制室檢查機(jī)組驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)、軸承回油溫度等參數(shù)正常。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)密封氣管線、連接法蘭進(jìn)行檢查確認(rèn)無(wú)泄漏。控制室觀察密封氣流量不斷波動(dòng)并上升，判斷機(jī)械密封可能泄漏，有挽救的可能，當(dāng)時(shí)正處于系統(tǒng)開車，經(jīng)過(guò)多方判斷，決定機(jī)組監(jiān)視運(yùn)行，不斷調(diào)整機(jī)組運(yùn)行狀況，18 h后，密封氣流量開始下降，根據(jù)流量下降幅度逐次關(guān)小旁路閥直至關(guān)閉，F(xiàn)IA182趨于平穩(wěn)，流量指示1.2 m3/h左右。

后待停車機(jī)會(huì)，檢查發(fā)現(xiàn)密封動(dòng)靜環(huán)均有一定程度的磨損。對(duì)該密封進(jìn)行更換，同時(shí)更換密封氣濾芯。

（2）原因分析。設(shè)備正常運(yùn)行中，只有當(dāng)機(jī)組通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后，密封氣才出現(xiàn)流量，而開機(jī)暖機(jī)過(guò)程出現(xiàn)流量，說(shuō)明干氣密封出現(xiàn)故障，有異物進(jìn)入機(jī)封，引起流量滿量程。該異物強(qiáng)度不高，未能嚴(yán)重影響密封面，經(jīng)過(guò)逐漸調(diào)整，異物離開或研磨消失，密封泄漏量雖然有一定增加，但仍能使用，未造成停機(jī)。

2.2 故障2

（1）故障現(xiàn)象。2016年11月系統(tǒng)停車大修時(shí)，更換了機(jī)組兩端干氣密封。由于檢修期間沒(méi)有氣源，新干氣密封安裝后無(wú)法進(jìn)行靜壓試驗(yàn)。11月28日有氣源時(shí)，機(jī)械密封進(jìn)行靜壓試驗(yàn)，出現(xiàn)以下情況：

①當(dāng)壓縮機(jī)缸體內(nèi)沒(méi)有壓力時(shí)，驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端密封均正常，未顯示流量。

②當(dāng)壓縮機(jī)缸體內(nèi)壓力為0.15 MPa時(shí)，兩側(cè)密封顯示正常。繼續(xù)給氣缸充壓，當(dāng)壓力≥0.22 MPa時(shí)，驅(qū)動(dòng)端密封氣流量顯示為6 m3/h，非驅(qū)動(dòng)端為2 m3/h，手動(dòng)盤車時(shí)驅(qū)動(dòng)端進(jìn)氣流量表滿量程，非驅(qū)動(dòng)端流量在2～4 m3/h波動(dòng)。

③拆卸干氣密封，檢查浮動(dòng)量正常，檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜環(huán)手動(dòng)周向盤不動(dòng)，解體檢查清洗干氣密封，動(dòng)靜環(huán)密封面無(wú)問(wèn)題，竄量正常，盤車靈活后回裝，當(dāng)壓力為0.15 MPa時(shí)，驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端密封正常，當(dāng)缸體壓力升至0.22 MPa時(shí)，驅(qū)動(dòng)端密封氣流量6 m3/h左右，非驅(qū)動(dòng)端密封氣流量為2 m3/h左右，手動(dòng)盤車時(shí)，驅(qū)動(dòng)端流量表滿量程，非驅(qū)動(dòng)端在2～4 m3/h左右波動(dòng)，問(wèn)題未得到解決。

④現(xiàn)場(chǎng)拆卸檢查驅(qū)動(dòng)端使用拆下來(lái)的舊干氣密封，動(dòng)、靜環(huán)有一定程度磨損，處理完畢后回裝。再次對(duì)缸體充壓后，實(shí)驗(yàn)情況正常。非驅(qū)動(dòng)端干氣密封未檢查更換。

（2）原因分析。由于解體動(dòng)靜環(huán)密封面未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，判斷本次干氣密封泄漏不是從該密封面出現(xiàn)的。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，靜環(huán)內(nèi)氟橡膠O形環(huán)的主要作用是保持靜態(tài)下密封完好，同時(shí)在工作狀態(tài)下特別是在工況波動(dòng)動(dòng)環(huán)軸向竄動(dòng)的情況下，也要保證靜環(huán)的跟隨性，故其過(guò)盈量不大。對(duì)比新舊兩套密封尺寸發(fā)現(xiàn)，新密封的O形環(huán)較舊密封O形環(huán)環(huán)徑小0.08 mm，同時(shí)該密封設(shè)計(jì)溫度100℃，而當(dāng)時(shí)正值冬季，環(huán)境溫度-10℃，O形環(huán)收縮，實(shí)際過(guò)盈量達(dá)不到使用要求，造成密封失效。

2.3 故障3

（1）故障現(xiàn)象。2017年2月5日，機(jī)組進(jìn)行停機(jī)處理，機(jī)組電動(dòng)盤車運(yùn)行，氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力正常，干氣密封各參數(shù)正常，缸體系統(tǒng)泄壓至0.17 MPa。3 h后氮?dú)夤芫W(wǎng)因故中斷，崗位人員投用備用氮?dú)猓ㄤ撈浚驓饬坑邢蓿荒鼙ＷC機(jī)組干氣密封用量，僅投用密封氣，前置氣與隔離氣未投用。2月6日凌晨5時(shí)，崗位人員發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端密封氣滿量程。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查調(diào)整，未能消除故障，確認(rèn)干氣密封損壞。

檢修人員對(duì)壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承進(jìn)行解體檢查，干氣密封抽出后解體檢查發(fā)現(xiàn)動(dòng)靜環(huán)磨損比較嚴(yán)重，表面有硬質(zhì)顆粒造成的環(huán)形劃痕，同時(shí)密封腔有靜環(huán)粉末，造成密封失效。

（2）原因分析。

①密封氮?dú)庵袛嗪螅瑱C(jī)組密封僅投用密封氣，前置氣未投用，壓縮機(jī)缸體壓力0.17 MPa，在未投用密封氣或切換鋼瓶過(guò)程中，造成反壓，壓縮機(jī)缸體合成氣夾帶硬質(zhì)顆粒由前置氣通道進(jìn)入密封面，同時(shí)機(jī)組電動(dòng)盤車運(yùn)行，動(dòng)靜環(huán)磨損，造成密封失效。

②干氣密封推薦的盤車轉(zhuǎn)速是10 r/min，而蒸汽輪配套的盤車電機(jī)轉(zhuǎn)速是19 r/min，因而在盤車過(guò)程中動(dòng)靜環(huán)有輕微磨損，而2017年1月由于乙二醇裝置氣源的不穩(wěn)定性，機(jī)組一直處于準(zhǔn)備開車階段，累計(jì)盤車時(shí)間達(dá)1周左右，造成密封損傷。

3 結(jié)語(yǔ)

干氣密封由于不需要密封油，避免了對(duì)工藝介質(zhì)的污染，同時(shí)由于功率損失小，減少了維修工作量，在化工行業(yè)的透平式壓縮機(jī)上廣泛使用。針對(duì)例舉的3次故障，在使用過(guò)程中特別是在開車過(guò)程中要采取以下措施。①定期檢查壓縮機(jī)組密封系統(tǒng)的壓力表及流量計(jì)，發(fā)現(xiàn)指示不準(zhǔn)及時(shí)更換。②注意停車期間和開車期間對(duì)密封的保護(hù)，特別要注意避免反壓情況的出現(xiàn)，注意密封系統(tǒng)的清潔，定期檢查過(guò)濾器，避免異物進(jìn)入密封腔。異物進(jìn)入密封腔、出現(xiàn)泄漏時(shí)，可以進(jìn)行調(diào)整，盡可能延長(zhǎng)密封壽命。③密封更換后，要及時(shí)投用密封氣，檢查靜態(tài)下密封性能。④停車后連續(xù)盤車時(shí)間≤12 h，開機(jī)前連續(xù)盤車時(shí)間≤4 h。

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〔編輯 李 波〕