二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸平衡腔壓力高原因分析

潘緒磊

（重慶建峰化肥有限公司，重慶 408601）

0 引言

重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司第二套尿素裝置采用二氧化碳?xì)馓峁に?，裝置內(nèi)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)采用日本HI原TACHI公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的離心式壓縮機(jī)，型號(hào)為2MCH606+2BCH306/A，高壓缸為多級(jí)離心式內(nèi)外筒結(jié)構(gòu)，密封結(jié)構(gòu)為迷宮密封和干氣密封相結(jié)合，四段配有平衡盤平衡軸向力，并且平衡管與三段入口相連接。

1 存在的問(wèn)題

高壓缸平衡腔的壓力應(yīng)是三段入口的壓力。正常工況三段入口壓力應(yīng)為1.93 MPa左右，根據(jù)密封氣的設(shè)計(jì)原理，密封氣壓力應(yīng)比平衡腔壓力高，且根據(jù)設(shè)計(jì)要求四段密封氣壓力應(yīng)大于平衡腔壓力（30～40）kPa，密封氣的供氣壓力為（1.96～1.97）MPa。

2012年原始開(kāi)車時(shí)，三段入口的壓力一般控制在2 MPa（表）左右，四段平衡腔壓力一般為2.35 MPa（表），比設(shè)計(jì)壓力高了近0.4 MPa。為了保證干氣密封正常運(yùn)行，不得不將密封氣壓力調(diào)至2.38 MPa以上，這樣只有將密封氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度100%并開(kāi)副線才能滿足要求，而且使干氣密封使用工況發(fā)生改變，縮短使用壽命。

至2016年，平衡腔壓力已升至2.7 MPa，5月后上升為3 MPa，同時(shí)高壓缸四段徑向軸承振動(dòng)由25滋m增大至39滋m，11月高壓缸主推軸承溫度由92℃快速上升至107℃。通過(guò)調(diào)整機(jī)組工況，平衡腔壓力、軸承振動(dòng)及主推溫度無(wú)明顯變化。

2 原因分析

2.1 軸承磨損致使平衡轂氣封磨損

2016年5月，檢查高壓缸前后徑向軸承，抬軸法復(fù)查軸承間隙：四段為0.4 mm，三段為0.23 mm（技術(shù)要求（0.1～0.14）mm），前后徑向軸承磨損，三段徑向軸承底部瓦塊經(jīng)測(cè)量磨損量 0.12 mm，四段徑向軸承底部瓦塊經(jīng)測(cè)量磨損量0.34 mm（圖 1）。

圖1 高壓缸徑向軸承

由于軸承磨損，轉(zhuǎn)子中心下移，平衡轂接觸磨損平衡轂氣封，使其密封間隙增大，泄漏量增大。

2.2 平衡轂氣封設(shè)計(jì)問(wèn)題

平衡轂氣封為剖分式梳齒密封，但剖分面間隙過(guò)大，在安裝位置測(cè)量單邊間隙約0.9 mm，且外圈或封頭位置無(wú)O形環(huán)等密封設(shè)計(jì)（圖2）。

圖2 平衡轂氣封

這樣間隙在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)形成泄漏通道，氣封不能發(fā)揮良好的“迷宮效應(yīng)”。同時(shí)，安裝位置無(wú)有效密封，也會(huì)發(fā)生泄漏。

3 處理措施及效果

3.1 軸承磨損處理

由于軸徑發(fā)生電化學(xué)腐蝕，造成軸徑表面粗糙度不能達(dá)到使用要求（圖3）。

為保證轉(zhuǎn)子的正常繼續(xù)使用，對(duì)接地電刷更換，防止再次發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。同時(shí)對(duì)軸徑進(jìn)行手工拋光處理，由于軸徑達(dá)到暗光澤面粗糙度Ra要求0.1滋m，而現(xiàn)場(chǎng)手工拋光最大可以達(dá)到Ra0.4滋m，為減少軸承的磨損應(yīng)盡量避免開(kāi)停車。然后更換軸承瓦塊，并庫(kù)存?zhèn)溆靡詡涫褂谩?/p>

3.2 平衡轂氣封改進(jìn)

迷宮式密封是在密封腔和旋轉(zhuǎn)軸之間，由一組密封齒片形成一系列有規(guī)則的節(jié)流間隙和膨脹空腔，通過(guò)介質(zhì)的黏性摩擦以及能量的轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生逐級(jí)節(jié)流效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)密封。而平衡轂氣封剖分面間隙減弱了密封效果。

圖3 轉(zhuǎn)子軸徑

廠家在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到熱膨脹的問(wèn)題，所以必須留有一定的間隙。經(jīng)過(guò)計(jì)算，固體線熱膨脹公式見(jiàn)式（1）。

式中 吟L——固體伸長(zhǎng)量，mm

吟t——溫度的變化量，℃

a——線膨脹系數(shù)

L——固體在正常溫度的長(zhǎng)度，mm

氣封為圓環(huán)狀，取直徑為計(jì)算長(zhǎng)度，外圓直徑248 mm；正常溫度為20℃，運(yùn)行時(shí)為111℃；氣封材料為鋁合金，查相關(guān)資料系數(shù)為 23.8伊10-6℃-1。則吟L抑0.54 mm。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，運(yùn)行時(shí)氣封剖分面單邊存在0.46 mm的較大間隙。由于封頭安裝位置比較寬松，熱膨脹時(shí)有一定外部空間，所以運(yùn)行時(shí)氣封剖分面單邊間隙比0.46 mm更大些。

對(duì)平衡轂氣封進(jìn)行改進(jìn)，即保持其他尺寸不變的情況下減小剖分面間隙，考慮到運(yùn)行時(shí)熱膨脹量及不可計(jì)算值，將單邊間隙縮小至0.1 mm。在保證安裝的情況下，使氣封運(yùn)行時(shí)剖分面盡量完全貼合，消除泄漏通道。由于氣封為剖分式，在外圈增加密封較為困難，暫不考慮。

3.3 效果

機(jī)組開(kāi)車后，平衡腔壓力穩(wěn)定在2.2 MPa，較原來(lái)有很大降低，同時(shí)密封氣系統(tǒng)在調(diào)節(jié)閥開(kāi)度由原來(lái)的100%降到68%，且副線全關(guān)的情況下，依然能夠保證干氣密封氣壓差。

4 結(jié)論

通過(guò)軸承問(wèn)題的處理和平衡轂氣封的改進(jìn)，平衡腔壓力高問(wèn)題得到有效改善，密封氣系統(tǒng)操作恢復(fù)正常，干氣密封運(yùn)行工況得到改善并延長(zhǎng)了使用壽命。