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氨压缩机浮环密封替换为干气密封原因分析

  陕西渭河煤化工集团一期合成氨压缩机组由美国德莱瓦公司设计制造。该机组由中压凝汽式透平和低压缸压缩机以及高压缸压缩机依次串联组成。设备运行时,由氨冷器释放出的氨气经气液分离后(0.072MPaA)经氨压机低压缸压缩后,压力升为0.344MPaA;低压缸出来的氨气经氨压机高压缸一段压缩后,压力升为0.621MPaA,经水冷器冷却气液分离后,进入氨压机高压缸二段压缩压力升为1.804MPaA,最后送入氨冷凝器。
 
  1.原浮环密封存在的问题
 
  【中国压缩机网】该机组轴端密封原采用的是浮环油膜密封,密封油长期与工艺介质氨气接触,且油中带有少量水份,实际运行中导致润滑油品质快速下降,润滑油过滤器频繁高报,滤芯上有胶状物质,油品分析不合格,轴瓦温度高,轴振动高,且非常容易造成后系统工艺气含油,对装置的运行带来极大的隐患。前期装置已经两次由于氨气压缩机润滑油品质恶化被迫停车,给公司带来较大的经济损失。
 
  2.干气密封改造工作
 
  2.1.干气密封工作原理
 
  干气密封属非接触式密封,特别适合作为高速高压条件下的大型离心式压缩机的轴封。干气密封由动环、静环、弹簧、O形环、轴和组装套等组成。动环端面精加工出一定数量的螺旋槽,螺旋槽开头近似对数螺旋线。干气密封旋转时,密封气体周向吸入螺旋槽内,由外径朝向中心,径向分量朝着密封堰流动,而密封堰节制气体流向中心,于是气体被压缩引起压力升高。此流体膜层压力企图推开密封,形成要求的气膜,气膜形成的开启力与由弹簧力和介质作用力形成的闭合力达到平衡,于是密封实现非接触运转,达到密封目的。
 
  2.2.改造过程
 
  2.2.1 新装干气密封结构
 
  根据本氨压机的的工况及机械结构,在不对原机主进行大改动前提下,确定采用带中间迷宫密封的串联式干气密封,由两套干气密封一前一后串联组成,前后干气密封之间设有中间梳齿。前密封承受工艺气的全部压力,密封介质为压缩机高压缸出口引入的工艺气;后密封承受很小的压力,密封介质为氮气。前密封失效时后密封可以承受全部系统压力,起到备用密封的作用。串联式干气密封的密封气为经过过滤的工艺气,经过一级干气密封,只有很少量的工艺气随同绝大部分二级密封气经一级泄漏出口排向火炬。中间二级密封气采用氮气。在大气侧有隔离保护气,防止轴承润滑油窜入影响干气密封性能,隔离气采用氮气。
 
  2.2.2 选材及槽型
 
  动环是干气密封的关键零件,高速旋转的动环离心力非常大,比重大的材料离心力大;比重小的材料离心力小。本次选用无压烧结碳化硅,其比重只有传统硬质合金的四分之一,离心力大大减少,且碳化硅耐热冲击性能良好、摩擦系数小、导热系数高。动环密封端面采用阿基米德螺旋槽,其优点是:气膜刚度大,稳定性比较好,能适应该机组的各种工况。
 
  静环采用特种石墨烯,该材料具有强度高、自然润滑性好、耐高温等特点。
 
  2.3.改造过程及遇见问题的处理措施
 
  2.3.1 干气密封气气源
 
  该氨气压缩机启动前,缸体需要进行氮气充压置换,最终压缩机出口压力与缓冲气压力相同,但干气密封启动时所需的一级密封气压力大于缓冲气压力,此时压缩机出口压力不能满足干气密封启动条件,强行启动会造成干气密封损坏,因此引用外网氮气作为开车气源,保证机组启动时的密封气供应。二级密封气由外来低压氮气管网供应,在低压氮气供应不足时,采用氮气钢瓶作为气源,保证二级密封正常供应。另外,为了保证隔离气供应,备用配置了仪表气管线,在无低压氮气的情况下,使用仪表气作为隔离气,保证干气密封端面不被润滑油污染。
 
  2.3.2 一级密封气过滤器压差高
 
  干气密封配管完成、吹扫后进行试运行时,一级密封气过滤器压差达到120kPa,高于设计报警值100kPa。拆开过滤器,滤芯干净无杂物,排除了管线吹扫不合格的原因。后与设计方沟通将一级密封气与缓冲气压差设计值进行调整,压差略有降低,但仍不能满足干气密封运行的要求。在机组运行正常后,尝试将过滤器切换为单组运行,压差达240kPa,由此确认过滤器设计过滤面积偏小。设计方重新设计了过滤器,择机更换后单组运行压差一直保持在40kPa左右。
 
  2.3.3 氨气压缩机组惰走时间过长
 
  干气密封在1000r/min以下运行时,密封端面产生的气膜不足以使动、静环分开,致使动、静环产生摩擦,损坏干气密封。一期氨压缩机由于汽轮机主汽门漏汽,在停车时转子的惰走时间很长,而且转速大多在1000r/min以下,可能会损坏干气密封。采取停止真空系统方法减少惰走时间,使转子尽快停下来,避免对干气密封的损坏。
 
  3.改造结果
 
  通过对密封方式的改变,防止工艺气对润滑油破坏。改造前、后的润滑油分析数据显示油品运行质量有了明显提高。且干气密封改造后,停运了密封油供油系统、浮环内侧污油回收处理系统和密封油控制系统。减少了设备的维修率、自控仪表的故障率,杜绝前期工艺介质带有微量油的情况。
 
  4.改造后干气密封维护
 
  应该保证密封气干净干燥,润滑油运行前必须先投运密封气,尽量避免或减少转子在1000r/min下运转。装置停车大修时,根据前期使用情况,必要时拆检干气密封,发现问题及时维修处理。
 
  5.结语
 
  离心压缩机采用浮环密封时,由于浮环密封的特性,必然使工艺气带油,且密封的运行需要一套单独供油系统。将密封改为干气密封,操作方便,排除浮环密封存在的问题,保证了装置稳定运行。改造后经过3年多的运行,期间多次开停车,目前干气密封运行良好,证明改造是成功的。以后的运行中,应加强对干气密封的维护工作,保证机组的安全、稳定运行。
 
  参考文献
 
  [1] 胡大永,段忠昆,马建和.干气密封在离心压缩机上的应用 {J},河北化工.2008(7):44-46
 
  [2] 张轶华,吴朝福.干气密封改造后的维护运行[J].大氮肥,2011年9月第34卷增刊2,168-171页

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