二氧化碳壓縮機(jī)干氣密封泄漏分析及處理

但天福

（海洋石油富島有限公司，海南東方572600）

1 引言

海洋石油富島有限公司30萬噸合成氨、52萬噸尿素項目于1996年投入正常生產(chǎn)。尿素裝置二氧化碳壓縮機(jī)組采用雙缸多級離心式壓縮機(jī)，由高壓抽汽、注汽、冷凝式汽輪機(jī)驅(qū)動，由意大利新比隆公司制造；軸封為干氣密封，由約翰克蘭生產(chǎn)。2017年2月利用裝置大修的機(jī)會，更換高壓缸兩端干氣密封，至2018年8月，壓縮機(jī)共停車11次。2018年8月23日機(jī)組開車后，發(fā)現(xiàn)止推側(cè)干氣密封開始泄漏，9月11日，一級放空管中的壓力PSH41053現(xiàn)場壓力表為0.5 MPa。泄漏的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)一、二級放空管直接排入大氣，造成一定的浪費。同時，密封面的泄漏對機(jī)組安全運行是一個重大的隱患。為消除潛在的風(fēng)險，利用裝置短停的機(jī)會，對設(shè)備進(jìn)行了檢修，對干氣密封進(jìn)行了更換處理。

2 高壓缸干氣密封介紹

干氣密封具有泄漏量少，斷面磨損小、使用壽命長、并可省去復(fù)雜的油循環(huán)系統(tǒng)等特點。因此特別適于高速、高壓條件下離心式壓縮機(jī)的軸端密封，已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮環(huán)密封、迷宮式密封和機(jī)械密封。干氣密封與一般機(jī)械密封的平衡型集裝式結(jié)構(gòu)一樣，但端面設(shè)計有所不同，表面上有幾微米至十幾微米深的溝槽，端面寬度較寬。與一般潤滑機(jī)械密封不同，干氣密封在2個密封面上產(chǎn)生了一個穩(wěn)定的氣膜。這個氣膜具有較強(qiáng)的剛度使兩個密封端面完全分離，并保持幾微米間隙。密封間隙太大，會導(dǎo)致泄漏量增加，密封效果較差；密封間隙太小，容易使兩密封面發(fā)生接觸，因為干氣密封的摩擦熱不能及時散失，端面接觸無潤滑，將很快引起密封變形、端面過度發(fā)熱從而導(dǎo)致密封失效。這個氣膜的存在，既有效地使端面分開又使相對運轉(zhuǎn)的兩端面得到了冷卻，兩個端面非接觸，故摩擦、磨損大大減小，使密封具有長壽命的特點，從而延長主機(jī)的壽命。

我公司二氧化碳壓縮機(jī)高壓缸選用約翰克蘭T28XP型單級干氣密封，該密封使用三段出口二氧化碳?xì)庾鳛槊芊鈿?，密封氣?jīng)5μ精度的過濾器過濾，經(jīng)限流孔板減壓至2.8 MPa，分為兩路進(jìn)入壓縮機(jī)高壓缸驅(qū)動端及止推端干氣密封密封腔內(nèi)。密封氣大部分經(jīng)機(jī)組迷宮密封返回至機(jī)體內(nèi)，阻止機(jī)內(nèi)氣體外漏，極少量的氣體經(jīng)過動靜環(huán)密封面泄漏至密封氣排放腔內(nèi)。密封氣流量約90 m3/h，壓力約2.54 MPa，溫度約20℃。干氣密封系統(tǒng)包括密封氣系統(tǒng)、密封泄漏放空系統(tǒng)以及潤滑油煙氣放空系統(tǒng)，見圖1。

3 干氣密封異常現(xiàn)象

2018年8月23日機(jī)組開車后，二氧化碳壓縮機(jī)（K101） 高壓缸三段干氣密封一級排放壓力由0增加到0.06 MPa，報警PAH41053值為0.07 MPa，從8月23日開始階梯式的增長，8月30日一級放空管中的壓力PSH41053現(xiàn)場壓力表為0.3 MPa，9月14日為0.5 MPa，9月18日裝置因其他原因停車時為0.5 MPa，具體見圖2。調(diào)高密封氣進(jìn)氣壓力無效，表明干氣密封面出現(xiàn)了泄漏。干氣密封的密封氣排放和油氣放空均有較大漏量，二級放空匯入軸承箱潤滑油氣放空總管后去高點放空，二級排凝進(jìn)入潤滑油回油總管回油箱。干氣密封漏量增大，將會對潤滑油的品質(zhì)、機(jī)組的潤滑和機(jī)組振動位移等帶來不良影響。

圖1 干氣密封系統(tǒng)

4 原因分析

本次干氣密封泄漏之后，查找對比了2013年同一機(jī)組，同一位置干氣密封發(fā)生泄漏時的故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)兩次泄漏的情況有本質(zhì)的區(qū)別，據(jù)此判斷兩次泄漏的原因和部位存在明顯的區(qū)別，所以必須加強(qiáng)監(jiān)控，擇機(jī)檢修。

2013年7月9日，工藝人員發(fā)現(xiàn)干氣密封一級放空壓力上漲至0.6 MPa，至7月25日壓力緩慢上漲至0.8 MPa，8月13日壓力緩慢上漲至1.2 MPa，二級排放壓力為0。三段機(jī)封一二級放空管和排放管外有冷凝水，一級排放管溫度約為15℃，二級排放溫度約為22℃，環(huán)境溫度33℃。機(jī)組一直監(jiān)控運行，至8月13日因其他原因裝置停車檢修。

2013年8月停車檢修，拆解發(fā)現(xiàn)三段干氣密封外側(cè)梳齒密封油氣結(jié)垢嚴(yán)重，密封腔室及密封氣放空管線結(jié)垢嚴(yán)重，干氣密封密封面磨損，二級放空小孔局部堵塞。干氣密封送專業(yè)廠家拆解情況，靜環(huán)表面有大量黑色物質(zhì)附著，靜環(huán)工作表面有嚴(yán)重的磨損痕跡。動環(huán)表面有大量棕色粉末附著，動環(huán)工作表面有嚴(yán)重的運轉(zhuǎn)磨痕。軸套表面與后置迷宮接觸的地方有明顯的磨損痕跡。彈簧座表面有大量黃色物質(zhì)附著，副密封位置的彈簧圈已經(jīng)部分熔化，并且表明有大量黑色物質(zhì)聚集。推環(huán)的工作表面處有嚴(yán)重的磨損痕跡。后置迷宮表面有大量黑色物質(zhì)附著，梳齒位置有嚴(yán)重的磨損痕跡。從干氣密封的拆解情況來看，密封面的磨損屬于正常的磨損，而密封面的正常磨損對泄漏壓力的影響是一個緩慢爬升的過程，所以設(shè)備具備長期監(jiān)控運行的條件。而今年8月23日發(fā)生的干氣密封泄漏，泄漏壓力呈階梯狀爬升，泄漏情況存在突變的不可控狀態(tài)，所以必須盡快進(jìn)行干氣密封更換檢修。

5 運行及檢修

5.1 干氣密封監(jiān)控運行

（1） 關(guān)注一級排放壓力，潤滑油回油總管臨時放空管冒氣情況和壓縮廠房西北角放空管的泄漏氣體排放情況。關(guān)注密封氣進(jìn)氣壓力與平衡腔室壓力壓差PDIC41585，應(yīng)保證實際值指示在65～75 kPa之間，避免閥門波動。

（2） 精心操作，維持機(jī)組的穩(wěn)定運行，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無大的工況變化不能調(diào)整轉(zhuǎn)速。

（3） 監(jiān)控潤滑油上油、回油情況，每月分析潤滑油的酸值、水分。

（4）加強(qiáng)對機(jī)組高壓缸的監(jiān)控，重點監(jiān)控振動、位移、軸溫和泄漏量的變化情況，記錄在表格中，每2 h一次。如出現(xiàn)急劇上升（振動±5 μm、位移±0.05 mm、軸溫±5℃），按機(jī)組緊急停車處理。

（5） 保持密封氣進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥PDCV41585旁路閥和一級放空壓力表排放閥保持開度不變，應(yīng)在技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整。

（6）如機(jī)組三段干氣密封一級排放壓力變化幅度劇烈（＞0.1 MPa/h），或達(dá)到0.8 MPa，及時匯報技術(shù)人員處理。

圖2

圖3

（7） 如機(jī)組軸承箱放空管噴油，立即緊急停車。

5.2 檢修

9月18日裝置因其他原因停車，對壓縮機(jī)止推測干氣密封進(jìn)行了更換，為盡快弄清密封損壞形式及指導(dǎo)今后的檢修及操作，在現(xiàn)場對密封進(jìn)行了簡單的拆解，發(fā)現(xiàn)問題及處理方法如下：

5.2.1 檢修發(fā)現(xiàn)問題

拆解之后發(fā)現(xiàn)，干氣密封整體較臟（見圖4）。干氣密封低點排放盲法蘭內(nèi)臟東西較多，有大量臟東沉積物（圖5）。密封面磨損，推環(huán)后面的10根彈簧有6根斷裂，其中有半圈就剩下1根彈簧（圖6）。

5.2.2 原因分析及處理

干氣密封較臟主要為密封面磨損下來的臟東西所致。干氣密封低點排放盲法蘭臟東西，主要是低點沒有排放，長期沉積所致，處理措施在盲法蘭上開孔配制排放閥門，定期排放。從干氣密封損壞的情況分析，泄漏量出現(xiàn)階梯式增長主要為彈簧逐個斷裂，彈簧斷裂導(dǎo)致閉合力減小，閉合力減小導(dǎo)致氣膜厚度和泄漏量增大，氣膜厚度增大導(dǎo)致開啟力減小，達(dá)到新的平衡，所以新的彈簧斷裂會導(dǎo)致泄漏量的階梯式增長，達(dá)到新的平衡后泄漏量會維持一段時間。彈簧斷裂應(yīng)該發(fā)生在密封面磨損之前，彈簧斷裂主要為疲勞所致，與機(jī)組多次緊急停車有關(guān)，密封面磨損是因為彈簧斷裂之后，密封面之間的氣膜不穩(wěn)定，導(dǎo)致密封面磨損。

處理措施：更換干氣密封，對低點排放盲法蘭增加排放閥，定期打開閥門檢查是否積水積垢。

圖4 干氣密封臟

圖5 盲法蘭沉積物

圖6 干氣密封彈簧斷裂

6 結(jié)語

本次干氣密封泄漏，如果彈簧繼續(xù)斷裂，將可能導(dǎo)致干氣密封更大的損壞，引起壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子損傷，造成更大的設(shè)備損傷。從本次干氣密封泄漏對比2013年8月份干氣密封泄漏來看，損壞的形式和泄漏的現(xiàn)象有很大差別，不能單純的從泄漏量來估計監(jiān)控運行時間的長短，必須仔細(xì)的觀察和收集泄漏的現(xiàn)象和細(xì)節(jié)，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，據(jù)此給出運行及檢修策略，才能保證既不會出現(xiàn)一泄漏就停車這樣的增加停車次數(shù)帶來的損失，也不會出現(xiàn)在監(jiān)控運行時設(shè)備產(chǎn)生不可挽回的設(shè)備損失。