STC-SV10-7-A合成氣壓縮機干氣密封損壞分析

朱白欽 何希順 魯世軍

作者通聯(lián)：河南龍宇煤化工有限公司機動部 河南永城市侯嶺鄉(xiāng) 476600

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一、引言

年產(chǎn)50萬t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，通過合成氣壓縮機進行升壓，在甲醇合成塔內(nèi)進行催化反應(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)合成氣壓縮機升壓后進入合成回路循環(huán)利用。合成氣壓縮機由德國西門子制造，型號 STC-SV（10-7-A），是由汽輪機驅(qū)動的離心式壓縮機，一缸兩段七級葉輪結(jié)構(gòu)。第一段為新鮮氣壓縮段，由六級葉輪組成；第二段為循環(huán)段，由一級葉輪組成；干氣密封為德國伯格曼設(shè)計制造，由于機組工作介質(zhì)為合成氣，采用兩級串聯(lián)式干氣密封。

二、干氣密封工作流程

正常運行過程中，合成氣壓縮機排出的部分工藝氣體（8.2MPa，71℃）或在開停車過程中由界區(qū)來的高壓氮氣（8.1MPa，經(jīng)PV-15337減壓為6MPa），作為密封氣氣源，經(jīng)過第一級密封氣過濾器后，進入壓縮機兩側(cè)的第一級密封端面，在密封面上形成密封氣膜，以防止壓縮機內(nèi)的工藝氣體進入密封，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8.1MPa左右的氮氣，經(jīng)第二級密封氣過濾器過濾后，再經(jīng)過PCV-15329控制壓力為0.6MPa，然后進入第二級密封氣端面，正常向外泄漏的少量氮氣被引出至安全處放空。自界區(qū)來的低壓氮氣（0.4MPa）經(jīng)PCV-15337控制壓力為0.14MPa，然后進入壓縮機軸端的密封函內(nèi)，對軸承的潤滑油進行隔離。

三、干氣密封損壞現(xiàn)象

2012年4月由于系統(tǒng)工況波動，造成蒸汽量緊張，合成氣壓縮機被迫緊急停車。隨后重新啟動合成氣壓縮機組，運行過程中，合成氣壓縮機一級密封驅(qū)動端泄漏氣壓力PIT15332突然從245kPa下降到0，一級密封非驅(qū)動端漏氣壓力PIT15333出現(xiàn)振蕩波動，5min后，PIT15333瞬間達到600kPa,機組聯(lián)鎖跳車。機組停車后，一級密封非驅(qū)動端漏氣壓力PIT15333指示為150kPa（在正常范圍內(nèi)），但一級密封驅(qū)動端漏氣壓力PIT15332仍舊為0。

四、原因分析

（1）現(xiàn)場拆卸，發(fā)現(xiàn)有干氣密封損壞碎末，依據(jù)干氣密封一級密封驅(qū)動端漏氣壓力為0，懷疑干氣密封驅(qū)動端二級密封損壞。

圖1 拆下的干氣密封

（2）委托專業(yè)維修廠家維修，對干氣密封解體檢查（圖 1）。驅(qū)動端一級密封摩擦副整體完好，但有嚴重磨損，二級密封摩擦副全部碎裂，二級動環(huán)座及大氣側(cè)彈簧座均受到碎塊沖擊，其中動環(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。

非驅(qū)動端密封一級摩擦副整體完好，端面也有較嚴重磨損，二級密封摩擦副完整，但端面磨損較嚴重，推環(huán)已經(jīng)變形，必須重新制造推環(huán)。

（3）損壞原因分析。密封已運轉(zhuǎn)三年多，試車初期合成氣壓縮機頻繁啟停。從設(shè)計角度講，頻繁啟停必然會影響密封的使用壽命。密封為德國伯格曼產(chǎn)品，其摩擦副為硬對硬設(shè)計，即碳化硅動環(huán)對表面噴涂DLC減摩層的靜環(huán)。該設(shè)計是非常成熟的，但從大量的使用經(jīng)驗來看，頻繁的啟停對密封的損傷要大于傳統(tǒng)的硬對軟設(shè)計的損傷。頻繁啟停機組會使端面短時間接觸，易造成DLC涂層脫落，一旦涂層脫落就會導(dǎo)致端面出現(xiàn)隨機性干磨損，使端面工作環(huán)境惡化。

從密封解體情況來看，密封外表面都有黃色的沉積物，推測是工藝氣倒灌，即工藝氣中帶醇所致。這種倒灌，主要發(fā)生在機組緊急停車而沒有外部高壓氣源注入的時候。此次雖然不是因為一級密封失效而導(dǎo)致的聯(lián)鎖，但是一級密封氣的端面也已經(jīng)受到較嚴重的磨損，失效也只是時間問題。此次二級密封突然失效，也主要是由于二級密封本身的工作壓力較低，其氣膜剛度低于一級，多次啟停更易造成不可修復(fù)的損傷，直至導(dǎo)致密封端面瞬時干摩擦，動環(huán)碎裂。

五、故障解決及防范措施

（1）將原有的三套完整的摩擦副利用起來，選取較好的兩套摩擦副研磨修復(fù)后，分別作為兩套密封的一級，其中一件動環(huán)重新刻槽后作為非驅(qū)動端密封的二級動環(huán)。由于原三件靜環(huán)中的一件靜環(huán)的表面DLC噴涂層磨損非常嚴重，將兩套密封的二級靜環(huán)均采用進口石墨材料替代。

（2）對于驅(qū)動端密封重新制造一件動環(huán)座，兩件推環(huán)，利用進口碳化硅制造驅(qū)動端密封二級動環(huán)，配座調(diào)整墊片及二級靜環(huán)。更換兩套密封環(huán)的所有輔助密封圈，然后進行組裝試驗。

（3）增加合成氣壓縮機出口工藝氣溫度，避免工藝氣倒灌帶液。

（4）加強干氣密封備件管理，及時備用干氣密封一套。

（5）增加干氣密封泄漏壓力低于50kPa的低聯(lián)鎖，避免密封氣中斷而損壞干氣密封。

（6）由于盤車時會增加干氣密封動靜環(huán)的磨損，應(yīng)縮短盤車時間。

（7）加強對機組干氣密封的監(jiān)測，機組大修時，將干氣密封送專業(yè)廠家試驗檢測。