干氣密封泄漏原因分析與解決措施

辛根源

（中國(guó)石油克拉瑪依石化公司 新疆克拉瑪依）

一、概述

中國(guó)石油克拉瑪依石化公司的100萬噸/年延遲焦化裝置中的2MCL457型富氣壓縮機(jī)，最大流量13 000 m3/h，進(jìn)口壓力0.1 MPa，出口壓力1.36 MPa，一階臨界轉(zhuǎn)速4636 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速18 484 r/min，跳閘轉(zhuǎn)速12 925 r/min，調(diào)速范圍8400～11 750 r/min，工作介質(zhì)為焦化富氣，進(jìn)口介質(zhì)溫度40℃，出口介質(zhì)溫度123.6℃，額定功率16 970 kW，缸內(nèi)葉輪級(jí)數(shù)為7級(jí)，首級(jí)葉輪名義直徑為450 mm，機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，軸端采用干氣密封形式。

1.干氣密封組成

富氣壓縮機(jī)干氣密封為螺旋槽雙端面密封，由靜環(huán)、動(dòng)環(huán)組件(旋轉(zhuǎn)環(huán))、副密封O形圈、精密封、彈簧和彈簧座(腔體)等組成。彈簧在密封無負(fù)荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在軸上的動(dòng)環(huán)組件相配合，動(dòng)環(huán)采用單向雙列螺旋槽結(jié)構(gòu)。

2.干氣密封原理及控制系統(tǒng)

雙端面干氣密封由兩組單端面干氣密封組成，在兩組密封之間通過氮?dú)庾髯枞麣怏w形成一個(gè)阻塞密封系統(tǒng)，氮?dú)獾膲毫κ冀K控制在比被密封介質(zhì)壓力略高0.2～0.3 MPa的水平，使其在大氣與介質(zhì)氣之間起到阻隔作用，保證工藝介質(zhì)氣體不會(huì)向大氣泄漏。外置大氣端（軸承端）的密封型式為碳環(huán)密封，可以避免軸承箱中的潤(rùn)滑油進(jìn)入干氣密封腔內(nèi)，保證干氣密封在潔凈干燥的環(huán)境下運(yùn)行。干氣密封控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由密封氣過濾單元、干氣密封泄漏監(jiān)測(cè)單元、密封隔離氣單元組成，見圖1。

密封氣過濾單元是干氣密封控制系統(tǒng)的核心，氮?dú)饨?jīng)過過濾單元進(jìn)入干氣密封，保證密封面不受顆粒雜質(zhì)的損壞。干氣密封泄漏監(jiān)測(cè)單元的作用是通過對(duì)主密封氣注入量及干氣密封泄漏量的監(jiān)測(cè)來確認(rèn)干氣密封是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。主密封氣入口端顯示的流量即為兩端泄漏量之和，數(shù)值由金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量并遠(yuǎn)傳至控制室，該值穩(wěn)定且較小，任何一端的干氣密封出現(xiàn)意外失效都會(huì)導(dǎo)致流量的急劇增大，若達(dá)到設(shè)定值3 m3/h時(shí)，控制機(jī)組運(yùn)行的ESD系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。隔離氣單元的作用是通過注入0.4 MPa的儀表風(fēng)將干氣密封與軸承潤(rùn)滑油隔離，防止干氣密封受潤(rùn)滑油的污染。同時(shí)隔離氣可將干氣密封泄漏出的微量介質(zhì)氣體吹除排空。

二、干氣密封泄漏及原因分析

1.故障現(xiàn)象

（1）壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中出現(xiàn)低壓端干氣密封主密封氣流量迅速上升，大約8h內(nèi)由正常值0.38m3/h上升到3.5m3/h，超過主密封氣流量Q≥3 m3/h的報(bào)警值，主密封氣和緩沖氣的壓差變化不大，維持在430 kPa左右。高壓端干氣密封主密封氣流量0.48 m3/h正常，其他各監(jiān)控點(diǎn)指示正常。

圖1 干氣密封控制系統(tǒng)

（2）壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中高壓端干氣密封泄漏量增大，主密封氣流量在10 h內(nèi)由0.48 m3/h開始快速上升到3.8 m3/h（流量表滿量程），現(xiàn)場(chǎng)儀表檢查確認(rèn)流量表顯示正常，無假顯示現(xiàn)象。壓縮機(jī)支路油壓為0.23 MPa，密封隔離氣壓力為0.23 MPa，都沒有變化。機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后主密封氣流量值仍無回落，泄漏量未減少。

2.原因分析

拆解壓縮機(jī)干氣密封后檢查發(fā)現(xiàn)干氣密封內(nèi)流入液體，造成密封碳環(huán)磨損，致使干氣密封失效。分析干氣密封內(nèi)進(jìn)液主要有兩方面原因：

（1）壓縮機(jī)開機(jī)后支路潤(rùn)滑油壓力偏高、油量大，回油腔液位偏高，致使密封隔離氣和梳齒密封不能有效的密封軸承潤(rùn)滑油，造成少量潤(rùn)滑油漫入低壓端干氣密封的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間，見圖2、圖3。

圖2 梳齒密封內(nèi)殘液痕跡

（2）工藝介質(zhì)富氣進(jìn)入壓縮機(jī)溫度較高，最高可達(dá)62℃（富氣濕式空冷設(shè)計(jì)存在問題，冷卻效果差）遠(yuǎn)大于40℃的設(shè)計(jì)要求，因此造成富氣帶液嚴(yán)重。壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，富氣中液滴逐步凝結(jié)聚積，緩慢滲入干氣密封內(nèi)，見圖4。進(jìn)入干氣密封內(nèi)的液體浸入到動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間，液體的張力作用使動(dòng)、靜環(huán)牢牢的粘在一起。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽內(nèi)產(chǎn)生的開啟力小于閉合力，無法將密封面分開形成氣膜，使密封面變成接觸性摩擦，從而導(dǎo)致密封泄漏量增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使密封面磨損，導(dǎo)致密封失效，見圖5。

三、解決措施及效果

（1）更換油壓調(diào)節(jié)閥，保證潤(rùn)滑油壓力控制平穩(wěn)。在開機(jī)前將各支路油壓調(diào)至0.2 MPa，密封隔離氣壓力由0.15 MPa調(diào)至0.25 MPa。更換對(duì)梳齒密封，以確保密封隔離氣和梳齒密封能有效的密封軸承潤(rùn)滑油，而使?jié)櫥筒粫?huì)浸入干氣密封內(nèi)。

（2）改造壓縮機(jī)富氣流程，一級(jí)返飛動(dòng)量經(jīng)過中間冷卻器后返入口分液罐，不經(jīng)過富氣空冷以降低富氣空冷負(fù)荷，有效降低了富氣進(jìn)壓縮機(jī)時(shí)的溫度。對(duì)壓縮機(jī)入口分液罐、中間分液罐、入口脫液包加強(qiáng)脫液處理，避免由于富氣帶液過多造成的液滴凝結(jié)聚積。

圖3 潤(rùn)滑油浸入密封靜環(huán)表面

圖4 工藝氣凝液附著在密封表面

圖5 動(dòng)環(huán)上密封碳環(huán)磨損痕跡

實(shí)施改進(jìn)措施重新開機(jī)后，壓縮機(jī)富氣溫度在40℃左右，富氣溫度高引起的帶液?jiǎn)栴}得到有效解決。干氣密封高、低壓端流量在正常范圍內(nèi)，其他各點(diǎn)參數(shù)正常。油壓調(diào)整后各軸瓦溫度沒有受到影響。富氣壓縮未出現(xiàn)異常，干氣密封泄漏量在正常范圍內(nèi)，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。