柴油加氫精制裝置汽輪機(jī)軸封改造

李偉英

(錦西石化分公司)

錦西石化分公司80萬t/a柴油加氫精制裝置于1994年8月20日投產(chǎn)運行，并于2004年擴(kuò)能改造為100萬t/a。該裝置主要任務(wù)是通過中壓加氫工藝精制焦化汽、柴油及部分直餾柴油和催化柴油。通過加氫，脫除油品中的硫、氮、氧和部分金屬雜質(zhì)，同時使烯烴和部分芳烴飽和，從而達(dá)到提高柴油的貯存安定性和十六烷值的目的。裝置共設(shè)有一組循環(huán)氫壓縮機(jī)組，無備用機(jī)組，由B4- R1汽輪機(jī)作為原動機(jī)，其運轉(zhuǎn)狀況直接影響到裝置的平穩(wěn)操作和長周期運行。該汽輪機(jī)在過去近一年的運行過程中，出現(xiàn)了軸封蒸汽泄漏逐漸加重的問題。筆者介紹了利用裝置停車大檢修的機(jī)會對汽輪機(jī)軸封裝置進(jìn)行改造的過程。

1 汽輪機(jī)的基本情況

B4- R1汽輪機(jī)是由日本三菱公司生產(chǎn)的單級沖動背壓式汽輪機(jī)。該汽輪機(jī)利用3.5MPa蒸汽作為動力，帶動MTV- 27離心壓縮機(jī)高速運轉(zhuǎn)，確保反應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)氫氣量。汽輪機(jī)的主要性能參數(shù)為：

蒸汽入口壓力 3.5MPa(表壓)

背壓 1.2MPa(表壓)

蒸汽入口溫度 400℃

蒸汽出口溫度 310℃

軸功率 1 295kW

工作轉(zhuǎn)速 8 250～9 330r/min

2 改造前汽輪機(jī)軸封運行情況

汽輪機(jī)原軸封為雙螺旋密封形式，密封原理為：在軸表面和密封體內(nèi)表面上車制相互配合的螺旋槽和螺套，具有與軸相反的螺紋旋向，轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)使軸與螺套間的流動蒸汽形成強(qiáng)烈的紊流[1]。螺旋槽作為推進(jìn)裝置與介質(zhì)發(fā)生能量交換，產(chǎn)生泵送作用(泵送壓頭)，與被密封介質(zhì)的壓力相平衡，從而阻止泄漏。螺旋密封間隙的大小對密封性能起著至關(guān)重要的作用，間隙越小對密封越有利。為了盡可能減小密封間隙，又要避免碰到密封體的孔壁而磨損轉(zhuǎn)子，通常在密封體內(nèi)孔表面涂一層石墨，這樣可以防止軸變形時與密封體孔壁接觸而磨損。

該機(jī)組汽輪機(jī)在長期運行過程中，軸封暴露出以下問題：

a. 由于機(jī)組運轉(zhuǎn)周期較長且無備用機(jī)組，軸封裝置在蒸汽長期沖刷下，密封間隙不斷增大，導(dǎo)致密封效果變差，軸封蒸汽泄漏量增大，汽輪機(jī)效率降低；

b. 由于泄漏蒸汽量大，泄漏蒸汽不能全部排放入軸封冷凝器和乏汽線內(nèi)，部分蒸汽竄入軸承箱混入潤滑油中，使?jié)櫥腿榛俣燃涌?，潤滑和冷卻效果變差；

c. 由于排放到軸封冷凝器的蒸汽量增大，軸封冷凝器的換熱面積有限，泄漏蒸汽并未完全冷凝成水，直接排入大氣，存在嚴(yán)重的環(huán)境安全隱患。

3 汽輪機(jī)軸封裝置改造

目前，國內(nèi)外汽輪機(jī)軸封應(yīng)用最為廣泛的是高低齒型迷宮密封。由于迷宮密封的轉(zhuǎn)子和機(jī)殼間存在間隙，無固體接觸，無需潤滑，允許有熱膨脹，維修簡單，使用壽命長，適用于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速的場合，這種密封形式被廣泛用于汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的軸端和級間的密封以及其他動密封的前置密封。為此，筆者決定將汽輪機(jī)原有的雙螺旋密封改造為高低齒型迷宮密封。

迷宮密封也叫梳齒密封，是在轉(zhuǎn)軸周圍設(shè)若干個依次排列的環(huán)狀密封齒，齒與齒之間形成一系列截流間隙與膨脹空腔，被密封介質(zhì)在通過曲折迷宮齒與轉(zhuǎn)軸截流間隙時產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而達(dá)到阻漏的目的。氣體每經(jīng)過一次截流間隙和隨后的齒與齒之間的較大空腔，就受到一次節(jié)流和擴(kuò)容作用。氣流通過齒與轉(zhuǎn)軸截流間隙時，壓力減小，速度增加。氣流通過齒與轉(zhuǎn)軸截流間隙進(jìn)入空腔內(nèi)時，速度突然減小，而壓力不變，動能轉(zhuǎn)化為熱能。氣流每經(jīng)過齒與轉(zhuǎn)軸截流間隙便重復(fù)上述變化過程，氣流的壓力越來越小，最后壓力趨近于背壓排出。

經(jīng)迷宮密封的氣體泄漏量計算公式為[2]：

M=αDmSm[(1+p/pa)/Z]×[(pa-p)/ρ]

式中Dm——密封直徑，m；

M——氣體流量，kg/s；

p——密封后絕對壓力；

pa——密封前絕對壓力；

Sm——密封梳齒下徑向間隙，mm；

Z——密封齒數(shù)；

ρ——密封后氣體密度，kg/m3；

α——與密封結(jié)構(gòu)特點有關(guān)的修正系數(shù)。

可以看出，根據(jù)已知的密封前后絕對壓力、密封后氣體密度和密封直徑，選擇合適的密封齒數(shù)、密封梳齒下徑向間隙和相關(guān)的結(jié)構(gòu)修正系數(shù)，可以計算出允許的理論泄漏量，確定改造后的迷宮密封結(jié)構(gòu)尺寸。改造后的迷宮密封形式為高低齒型曲折式迷宮密封，該密封形式增加了流動阻力，提高了密封效能。迷宮密封結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 改進(jìn)后的迷宮密封形式

4 改造后汽輪機(jī)軸封使用情況

改造軸封后的汽輪機(jī)正常投入生產(chǎn)，經(jīng)過3個月的運行考核，汽輪機(jī)在正常工作轉(zhuǎn)速下，軸封泄漏蒸汽量大的問題得到了解決。軸封改造后與改造前相比較,具體解決了如下問題：

a. 解決了軸封泄漏蒸汽竄入軸承箱的問題，避免了潤滑油乳化嚴(yán)重的現(xiàn)象，改造后潤滑油相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均有了明顯改善，潤滑油質(zhì)量提高，損耗量減少；

b. 解決了總集油箱濾油機(jī)底部排污處頻繁脫水的問題，減輕了崗位人員的工作量；

c. 軸封泄漏蒸汽排入軸封冷凝器后幾乎全部冷凝成水，并直接排入地漏，排除了環(huán)境安全隱患；

d. 水蒸氣消耗量明顯減少，降低了能耗，提高了汽輪機(jī)的效率。

5 結(jié)束語

通過詳細(xì)的計算論證和科學(xué)合理的設(shè)計，對汽輪機(jī)軸封裝置進(jìn)行了技術(shù)改造，由迷宮密封裝置代替原雙螺旋密封裝置，解決了汽輪機(jī)軸封泄漏蒸汽嚴(yán)重的問題，提高了汽輪機(jī)的效率，確保了汽輪機(jī)在生產(chǎn)周期內(nèi)的安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

[1] 王汝美.離心壓縮機(jī)技術(shù)問答[M].北京：中國石化出版社，2007:41～42．

[2] 宋天民.煉油廠動設(shè)備[M].北京：中國石化出版社，2009:313～315.