合成氣壓縮機(jī)干氣密封損壞及振動(dòng)原因分析

潘 俊

（河南能源化工集團(tuán)永城園區(qū)，河南永城 476600）

1 引言

在化工行業(yè)內(nèi)，壓縮機(jī)作為最為核心的設(shè)備之一，始終是化工企業(yè)的心臟，其運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系到化工企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，而作為煤制甲醇項(xiàng)目來說，合成氣壓縮機(jī)就是其關(guān)鍵機(jī)組之一，一旦其無法穩(wěn)定運(yùn)行，則后續(xù)甲醇合成裝置無法正常生產(chǎn)，整個(gè)企業(yè)將面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 設(shè)備概述

本文所分析的就是某大型國有煤制甲醇企業(yè)的一臺(tái)進(jìn)口某壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)是甲醇裝置最核心的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，型號(hào)為：STC-SV（10-7-A），為垂直剖分筒式缸體結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)一側(cè)為筒底，自由端為筒蓋，整套機(jī)組由一臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。干氣密封系統(tǒng)為串聯(lián)式兩級(jí)密封。

本壓縮機(jī)采用單缸2段7級(jí)壓縮，第一段為新鮮氣壓縮段，共六級(jí)壓縮，介質(zhì)為低溫甲醇洗來的合成氣凈化氣與氫回收來的富氫氣的混合氣，入口總流量設(shè)計(jì)為151000 Nm3/h，溫度40 ℃，入口壓力3.2 MPa（g），介質(zhì)在此段被壓縮后壓力升高到7.5 MPa（g），溫度升高至163 ℃，進(jìn)入第二段循環(huán)壓縮段入口，與來自甲醇合成工序的溫度40 ℃，壓力7.5 MPa（g），流量740000 Nm3/h的循環(huán)氣混合后進(jìn)入循環(huán)氣壓縮段，經(jīng)最終加壓后去甲醇合成裝置。

3 事情經(jīng)過

2019年9月，該化工園區(qū)利用裝置大修時(shí)間對(duì)合成氣壓縮機(jī)進(jìn)行了一次大修，期間更換了兩套干氣密封。檢修完成后，機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但在3天后提負(fù)荷的過程中發(fā)現(xiàn)合成氣壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端徑向軸承忽然振動(dòng)增大，且伴隨著異響，經(jīng)負(fù)荷調(diào)整后無明顯下降趨勢(shì)，振動(dòng)一直在報(bào)警區(qū)域波動(dòng)，并多次接近跳車值，特護(hù)運(yùn)行幾天后，工況仍無好轉(zhuǎn)現(xiàn)象，且異響愈發(fā)明顯，最后園區(qū)經(jīng)研究討論，決定對(duì)機(jī)組進(jìn)行停車搶修，拆檢軸承。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)機(jī)組徑向軸承除輕微積碳與個(gè)別淺劃痕外無明顯問題，為了防止是軸承問題導(dǎo)致振動(dòng)增大，于是更換了新軸承。經(jīng)搶修后開車發(fā)現(xiàn)機(jī)組仍然振動(dòng)大，異響也依然存在，于是機(jī)組被迫再次停車。經(jīng)討論后，決定對(duì)機(jī)組再次進(jìn)行大修，以徹底找出軸承振動(dòng)大的原因。

本次拆檢中發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端干氣密封動(dòng)靜環(huán)明顯碎裂，轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端端部螺紋損壞，另有幾個(gè)軸承安裝間隙過小。面對(duì)該情況，園區(qū)被迫將轉(zhuǎn)子發(fā)運(yùn)至國內(nèi)某知名鼓風(fēng)機(jī)廠進(jìn)行螺紋修復(fù)，并重新進(jìn)行動(dòng)平衡，干氣密封緊急發(fā)往國內(nèi)某知名密封制造廠進(jìn)行緊急維修。拆檢發(fā)現(xiàn)新舊2套非驅(qū)動(dòng)端干氣密封全部損壞，其中舊干氣密封僅一級(jí)動(dòng)靜環(huán)開裂，但仍保持完整形態(tài)，新干氣密封一級(jí)動(dòng)靜環(huán)全部碎裂，二級(jí)動(dòng)環(huán)開裂。在維修期間，園區(qū)內(nèi)部組織人員再次對(duì)整個(gè)壓縮系統(tǒng)進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)一級(jí)入口過濾器濾網(wǎng)吸扁開裂，干氣密封系統(tǒng)部分管路存在臟、堵現(xiàn)象。

4 原因分析及排查

針對(duì)本次事故，共從以下幾個(gè)方面提出疑問并著手分析：

（1）機(jī)組振動(dòng)大的根本原因是什么？

（2）干氣密封損壞的原因是什么？為什么干氣密封動(dòng)靜環(huán)都已經(jīng)完全碎裂，泄漏氣壓力卻沒有變化，參數(shù)上也反應(yīng)不出來？

（3）轉(zhuǎn)子端部螺紋是如何損壞的？

從整個(gè)排查過程推斷，機(jī)組剛開車時(shí)低負(fù)荷運(yùn)行正常，后提負(fù)荷時(shí)忽然發(fā)現(xiàn)振動(dòng)增大，可能是由于入口濾網(wǎng)長(zhǎng)期停車檢修過程中出現(xiàn)堵塞，入口氣量不足而使機(jī)組出現(xiàn)短時(shí)喘振，入口濾網(wǎng)變形后開裂，濾網(wǎng)損壞后氣量恢復(fù)正常，但此時(shí)干氣密封由于機(jī)組喘振可能已經(jīng)導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)碎裂，整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)平衡被破壞，因此軸承振動(dòng)一直較高。

而在對(duì)整個(gè)干氣密封系統(tǒng)進(jìn)行排查時(shí)發(fā)現(xiàn)，非驅(qū)動(dòng)端干氣密封密封氣排放管上在泄漏氣壓力表前多了一個(gè)1.5 mm的限流孔板，且進(jìn)出口管路存在臟、堵的現(xiàn)象。多出來的這塊限流孔板導(dǎo)致非驅(qū)動(dòng)端泄漏氣被減壓后才進(jìn)入后段被壓力監(jiān)控點(diǎn)所檢測(cè)到，因此該壓力點(diǎn)監(jiān)測(cè)到的漏量沒有參考意義，它更多的是接近泄漏氣總管的壓力，這也是為什么一級(jí)干氣密封動(dòng)靜環(huán)都碎了而泄漏氣壓力卻沒有變化的原因。驅(qū)動(dòng)端和原始PID圖上均沒有這個(gè)孔板。

另外該限流孔板前后都有堵塞，也說明了該段泄漏氣量小，后段壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)難以監(jiān)測(cè)到漏氣量的變化，反映到出口總管壓力自調(diào)閥上顯示也沒有閥度的調(diào)整。泄漏的密封氣和缸體漏過來的合成氣全部進(jìn)入二級(jí)，由二級(jí)密封進(jìn)行密封，由于二級(jí)密封沒有流量和壓力的監(jiān)控，是直接引到廠房外對(duì)空排放的，所以通過二級(jí)密封的泄漏氣直接排到大氣中了。

上述現(xiàn)象也解釋了為什么新舊干氣密封一級(jí)碎裂后都沒有被檢測(cè)到泄漏氣壓力的波動(dòng)，實(shí)際舊的干氣密封是通過二級(jí)來密封的，新的干氣密封由于二級(jí)也有損傷，所以較大的漏氣都直接排到大氣了。

另外非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣入口有大量灰，說明進(jìn)干氣密封一級(jí)的密封氣不干凈，這也是干氣密封損壞的重要原因，而入口過濾器壓差卻沒有報(bào)警，這說明一級(jí)密封氣過濾器濾芯精度可能不夠，需更換。

圖1 調(diào)整后的軸承間隙

而轉(zhuǎn)子端部螺紋應(yīng)該是在大修時(shí)安裝聯(lián)軸器安裝盤時(shí)，由于檢修不當(dāng)，在拆裝打壓工具時(shí)導(dǎo)致?lián)p毀的。

5 處理措施

（1）對(duì)整個(gè)氣路系統(tǒng)進(jìn)行排查，拆檢一二級(jí)入口過濾器檢查濾網(wǎng)是否損壞及堵塞，拆檢新鮮氣入口分離器和循環(huán)氣入口分離器，檢查出口絲網(wǎng)除沫器是否堵塞及損壞，并最終更換損壞的一級(jí)入口過濾器。

（2）拆檢前后2次大修換下的干氣密封，發(fā)現(xiàn)兩套非驅(qū)動(dòng)端干氣密封全部損壞，第一次大修換下來的干氣密封僅為動(dòng)靜環(huán)開裂，但尚保持完整形態(tài)，因此對(duì)機(jī)組振動(dòng)影響較小，第二次大修換下來的干氣密封一級(jí)動(dòng)靜環(huán)已經(jīng)粉碎，這也是導(dǎo)致機(jī)組一直振動(dòng)大的原因。

最后更換了兩套新的干氣密封。

（3）損壞的轉(zhuǎn)子端部螺紋無法修復(fù)，只能采取將螺紋整體車除，再重新加工螺紋的方法，并重新制作一套配套的聯(lián)軸器安裝盤，然后進(jìn)行整體動(dòng)平衡。

（4）對(duì)幾處軸承間隙過小的部位進(jìn)行重新處理，保證間隙在廠家給定范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

第一次軸承振動(dòng)過大時(shí)雖然拆檢軸承未發(fā)現(xiàn)異常，但由于大家都認(rèn)為干氣密封即便出現(xiàn)問題也不至于影響到機(jī)組的振動(dòng)，因此并沒有對(duì)干氣密封的問題引起足夠的重視，但事實(shí)證明，干氣密封的損壞對(duì)機(jī)組的振動(dòng)有著直接的影響。

在經(jīng)過上述處理后，機(jī)組順利開車成功，且整體運(yùn)行參數(shù)優(yōu)良。