合成氣壓縮機(jī)干氣密封損壞原因分析及措施

朱白欽，何希順，魯世軍

(河南龍宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

0 引言

河南龍宇煤化工有限公司一期50萬t/a甲醇裝置，其合成工序流程是從來自低溫甲醇洗裝置凈化氣和來自氫回收裝置的新鮮原料氣，通過合成氣壓縮機(jī)進(jìn)行升壓，在甲醇合成塔內(nèi)進(jìn)行催化反應(yīng)，部分合成氣態(tài)甲醇，再經(jīng)冷卻、冷凝、分離出粗甲醇產(chǎn)品，送往甲醇精餾工段，未反應(yīng)的氣體經(jīng)合成氣壓縮機(jī)升壓后進(jìn)入合成回路循環(huán)利用。合成氣壓縮機(jī)由德國(guó)西門子制造，其型號(hào)為 STC-SV(10-7-A)，是由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)，為一缸兩段七級(jí)葉輪結(jié)構(gòu):第一段為新鮮氣壓縮段，由六級(jí)葉輪組成;第二段為循環(huán)段，由一級(jí)葉輪組成;干氣密封為德國(guó)伯格曼設(shè)計(jì)制造，由于機(jī)組工作介質(zhì)為合成氣，采用兩級(jí)串聯(lián)式干氣密封。

1 干氣密封工作流程

正常運(yùn)行過程中，合成氣壓縮機(jī)排出的部分工藝氣體(8.2 MPa、71℃)或在開停車過程中由界區(qū)來的高壓氮?dú)?8.1 MPa，經(jīng) PV-15337減壓為6 MPa)作為密封氣氣源，經(jīng)過第一級(jí)密封氣過濾器后，進(jìn)入壓縮機(jī)兩側(cè)的第一級(jí)密封端面，在密封面上形成密封氣膜，以防止壓縮機(jī)內(nèi)的工藝氣體進(jìn)入密封，密封端面上正常向外產(chǎn)生的少量工藝泄漏氣，經(jīng)壓力控制后去火炬燃燒。自界區(qū)來的8.1 MPa左右的氮?dú)?，?jīng)第二級(jí)密封氣過濾器過濾后，再經(jīng)過PCV-15329控制壓力為0.6 MPa，然后進(jìn)入第二級(jí)密封氣端面，正常向外泄漏的少量氮?dú)獗灰鲋涟踩幏趴?。自界區(qū)來的低壓氮?dú)?0.4MPa)經(jīng)PCV-15337控制壓力為0.14 MPa，然后進(jìn)入壓縮機(jī)軸端的密封函內(nèi)，對(duì)軸承的潤(rùn)滑油進(jìn)行隔離。

2 干氣密封損壞現(xiàn)象

2012年4月份由于系統(tǒng)工況波動(dòng)，造成蒸汽量緊張，合成氣壓縮機(jī)被迫緊急停車。隨后重新啟動(dòng)合成氣壓縮機(jī)組，在正常運(yùn)行過程中，合成氣壓縮機(jī)一級(jí)密封驅(qū)動(dòng)端泄漏氣壓力PIT15332突然從245 kPa下降到0，一級(jí)密封非驅(qū)動(dòng)端漏氣壓力PIT15333出現(xiàn)震蕩性波動(dòng)，5 min后，PIT15333瞬間達(dá)到600 kPa，機(jī)組聯(lián)鎖跳車。機(jī)組停車后，一級(jí)密封非驅(qū)動(dòng)端漏氣壓力PIT15333指示為150 kPa左右，在正常范圍內(nèi)，但一級(jí)密封驅(qū)動(dòng)端漏氣壓力PIT15332仍舊為0。

3 原因分析

初步原因分析，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆卸發(fā)現(xiàn)有干氣密封損壞碎末，依據(jù)干氣密封一級(jí)密封驅(qū)動(dòng)端漏氣壓力為0，懷疑干氣密封驅(qū)動(dòng)端二級(jí)密封損壞。干氣密封損壞委托專業(yè)維修廠家進(jìn)行維修，對(duì)干氣密封進(jìn)行了解體檢查，結(jié)果如下:①驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封摩擦副整體完好，但均有較嚴(yán)重的磨損，二級(jí)密封摩擦副全部碎裂，二級(jí)動(dòng)環(huán)座及大氣側(cè)彈簧座均受到碎塊沖擊，其中動(dòng)環(huán)座已經(jīng)無法修復(fù)，大氣側(cè)彈簧座原件修復(fù)，重新配座靜環(huán)防轉(zhuǎn)銷及推環(huán)，密封外表面附著有大量黃色顆粒狀沉積物;②非驅(qū)動(dòng)端密封一級(jí)摩擦副整體完好，但端面也有較嚴(yán)重的磨損，二級(jí)密封摩擦副完整，但端面磨損更為嚴(yán)重，推環(huán)已經(jīng)變形，重新制造推環(huán)。

損壞原因分析:①該密封運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)3年多，試車初期合成氣壓縮機(jī)頻繁啟停。從設(shè)計(jì)角度來講，頻繁的啟停必然會(huì)影響到密封的使用。②本密封為德國(guó)伯格曼產(chǎn)品，其摩擦副為硬對(duì)硬設(shè)計(jì)，即碳化硅動(dòng)環(huán)對(duì)表面噴涂DLC減摩層的靜環(huán)，該設(shè)計(jì)是非常成熟的，但從大量的使用經(jīng)驗(yàn)來看，頻繁的啟停對(duì)其損傷要大于傳統(tǒng)的硬對(duì)軟的設(shè)計(jì)。頻繁啟停機(jī)組造成端面短時(shí)間接觸，就會(huì)造成DLC涂層脫落，一旦脫落就會(huì)導(dǎo)致端面出現(xiàn)隨機(jī)的干磨損，造成端面的惡化。③從密封解體情況來看，密封外表面都有黃色的沉積物，推測(cè)還是工藝氣倒灌，由于工藝氣中帶醇所致，這種倒灌主要發(fā)生在機(jī)組緊急停車時(shí)沒有外部高壓氣源注入的時(shí)候。當(dāng)然此次雖然不是因?yàn)橐患?jí)密封失效而導(dǎo)致的聯(lián)鎖，但是一級(jí)密封氣的端面也已經(jīng)受到較嚴(yán)重的磨損，失效只是時(shí)間的問題。此次二級(jí)密封突然失效，也主要是由于二級(jí)密封本身的工作壓力較低，其氣膜剛度是低于一級(jí)的，當(dāng)多次啟停更易造成不可修復(fù)的損傷，導(dǎo)致密封端面瞬時(shí)干摩擦，使動(dòng)環(huán)碎裂。

4 解決及防范措施

①根據(jù)損壞原因情況，將原有的三套完整的摩擦副利用起來，選取較好的2套摩擦副研磨修復(fù)后分別作為兩套密封的一級(jí)，其中一件動(dòng)環(huán)重新刻槽后作為非驅(qū)動(dòng)端密封的二級(jí)動(dòng)環(huán);由于原三件靜環(huán)中的一件靜環(huán)的表面DLC噴涂層磨損非常嚴(yán)重，將兩套密封的二級(jí)靜環(huán)均采用進(jìn)口石墨材料替代。②對(duì)于驅(qū)動(dòng)端密封重新制造一件動(dòng)環(huán)座，二件推環(huán)，利用進(jìn)口碳化硅制造驅(qū)動(dòng)端密封二級(jí)動(dòng)環(huán)，配座調(diào)整墊片及二級(jí)靜環(huán)。兩套密封換所有輔助密封圈，然后進(jìn)行組裝試驗(yàn)。③增加合成氣壓縮機(jī)出口工藝氣溫度，避免工藝氣倒灌帶液。④加強(qiáng)干氣密封備件管理，及時(shí)備用干氣密封一套。⑤增加干氣密封泄漏壓力低于50 kPa低低聯(lián)鎖，避免密封氣中斷損壞干氣密封。⑥由于盤車時(shí)會(huì)增加干氣密封動(dòng)靜環(huán)的磨損，縮短盤車時(shí)間。⑦加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的干氣密封檢測(cè)，大修時(shí)安排機(jī)組干氣密封送專業(yè)廠家試驗(yàn)檢測(cè)。

5 結(jié)束語

通過對(duì)干氣密封損壞的原因分析，采取了防范措施，為今后合成氣壓縮機(jī)干氣密封工藝操作和設(shè)備維護(hù)提供了依據(jù)。合成氣壓縮機(jī)進(jìn)口干氣密封國(guó)內(nèi)維修成功，也為干氣密封國(guó)產(chǎn)化提供了經(jīng)驗(yàn)。