循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封故障原因分析

（中國(guó)石油大慶石化公司塑料廠，黑龍江大慶 163000）

1 引言

循環(huán)氣壓縮機(jī)為聚乙烯流化床反應(yīng)器提供動(dòng)力，是聚合系統(tǒng)的核心設(shè)備。如果在生產(chǎn)中循環(huán)氣壓縮機(jī)發(fā)生故障，將會(huì)極大地影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，給企業(yè)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)干氣密封失效會(huì)引起其介質(zhì)泄漏，帶來(lái)安全隱患。

2 循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封介紹

循環(huán)氣壓縮機(jī)K-4003是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的單級(jí)恒速離心壓縮機(jī)，軸封采用串聯(lián)式干氣密封，密封的工藝氣介質(zhì)成分由乙烯、氫氣、氮?dú)?、烴類氣體及少量粉末組成。

循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封由主密封氣與二級(jí)密封氣組成，啟到隔離密封工藝氣的作用，兩道密封正常運(yùn)行的情況下基本可以做到零泄漏。同時(shí)，干氣密封還有一道油封來(lái)隔離干氣密封和潤(rùn)滑油，其形式為迷宮式密封[1]。干氣密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

干氣密封為非接觸式密封，是通過(guò)動(dòng)、靜環(huán)之間的氣膜實(shí)現(xiàn)的。動(dòng)環(huán)密封面上開(kāi)有密封槽，如圖2所示。密封氣由于動(dòng)、靜環(huán)高速繞軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的負(fù)壓，被抽至動(dòng)環(huán)密封槽根部。密封氣在槽中受其形式的影響而被壓縮，通過(guò)泵送效應(yīng)將兩環(huán)推開(kāi)形成隔隙[2]。干氣密封具有運(yùn)行平穩(wěn)、無(wú)污染、簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用[3]。

3 干氣密封故障原因分析

3.1 事故經(jīng)過(guò)

7月3日，循環(huán)氣壓縮機(jī)K-4003干氣密封主密封流量調(diào)節(jié)閥FI4003-101 開(kāi)度逐步由69%開(kāi)到100%，而主密封流量無(wú)過(guò)大變化，隨后主密封流量開(kāi)始逐漸降低（設(shè)定值為18.7 m3/h），并伴隨著主密封一級(jí)排放量FI4003-103A/B小幅度增長(zhǎng)（正常運(yùn)行時(shí)約為3.4 m3/h），壓縮機(jī)軸向位移出現(xiàn)小幅增長(zhǎng)，如圖3所示。

隨后幾天，均出現(xiàn)主密封流量降低，主密封一級(jí)排放量FI4003-103A/B上漲情況。7月9日14時(shí)40分由于同樣的原因造成壓縮機(jī)軸位移高連鎖停車(chē)。

3.2 故障原因初步分析

圖1 循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封結(jié)構(gòu)

圖2 干氣密封動(dòng)環(huán)示意圖

在一級(jí)密封氣流量降低、二級(jí)密封氣流量無(wú)變化的情況下，一級(jí)密封氣排放量升高，最可能的原因就是梳齒密封堵塞。正常情況下，干氣密封主密封氣大部分通過(guò)梳齒密封進(jìn)入壓縮機(jī)，小部分與二級(jí)密封氣一同通過(guò)一級(jí)排放進(jìn)入火炬，同時(shí)二級(jí)密封氣有一小部分通過(guò)二級(jí)排放進(jìn)入大氣。當(dāng)干氣密封靠近葉輪側(cè)梳齒密封堵塞造成密封氣進(jìn)氣量逐步減小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密封氣進(jìn)氣量逐步減小，密封氣一級(jí)排放小幅度上升[4]。

3.3 設(shè)備解體檢修情況

7月10日，對(duì)K-4003循環(huán)氣壓縮機(jī)進(jìn)行解體檢修，7月11日凌晨干氣密封拆下。從總體外貌來(lái)看，密封表面有大量黑色物質(zhì)附著，后置迷宮表面有大量棕色物質(zhì)附著。

通過(guò)檢修檢查發(fā)現(xiàn)：（1） 葉輪外緣梳齒密封被樹(shù)脂堵塞面積超過(guò)80%，如圖4（a） 所示；（2）干氣密封靠近葉輪側(cè)梳齒密封被樹(shù)脂堵塞面積超過(guò)75%，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法解體檢查，如圖4（b） 所示；（3） 葉輪與蝸殼有剮蹭磨損情況，如圖4（c） 所示，經(jīng)過(guò)測(cè)量，正常裝配要求葉輪與蝸殼之間有2 mm間隙，但實(shí)際葉輪與蝸殼無(wú)間隙。

由于現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法解體檢查，交由干氣密封廠家進(jìn)行檢查修復(fù)。檢查發(fā)現(xiàn)一級(jí)密封靜環(huán)工作表面明顯的運(yùn)轉(zhuǎn)磨痕，內(nèi)徑位置有一處較重的磕邊，進(jìn)行更換處理；一級(jí)動(dòng)環(huán)、二級(jí)動(dòng)環(huán)、二級(jí)靜環(huán)工作面有明顯的運(yùn)轉(zhuǎn)磨痕，清洗、重新研磨刻槽后復(fù)用。同時(shí)對(duì)干氣密封其余金屬件進(jìn)行拆卸、清理與替換；更換易損件包括O形圈、彈簧、波紋帶、連接螺釘?shù)取?/p>

3.4 梳齒密封堵塞原因再分析

經(jīng)過(guò)解體檢查可以發(fā)現(xiàn)干氣密封和葉輪外緣疏齒密封均是被樹(shù)脂粉末堵塞的。正常情況下，一級(jí)密封氣是從干氣密封流向葉輪背側(cè)，繼續(xù)流入壓縮機(jī)蝸殼，只有當(dāng)干氣密封流量出現(xiàn)大幅波動(dòng)甚至流量中斷時(shí)，循環(huán)氣才會(huì)發(fā)生倒串或反流。結(jié)合循環(huán)氣壓縮機(jī)開(kāi)工至今的運(yùn)行情況，造成密封堵塞原因如下：

圖3 K-4003干氣密封流量趨勢(shì)曲線

（1） 葉輪裝配間隙向壓縮機(jī)蝸殼側(cè)串動(dòng)2 mm，導(dǎo)致葉輪外緣梳齒密封的密封性能低于設(shè)計(jì)性能，導(dǎo)致循環(huán)氣中的樹(shù)脂粉末更容易通過(guò)并堵塞梳齒密封，到達(dá)葉輪背側(cè)，進(jìn)而在干氣密封氣流量大幅波動(dòng)或中斷的情況下堵塞干氣密封的梳齒密封；

（2） 自2012年8月原始開(kāi)工至今，多次出現(xiàn)過(guò)干氣密封流量低甚至中斷的情況，導(dǎo)致干氣密封氣流量大幅波動(dòng)或中斷；

（3） 2013年3月份和2014年3月份K-4003軸位移量報(bào)警，裝置多次采用通過(guò)調(diào)整干氣密封流量來(lái)調(diào)整軸位移當(dāng)方式，為維持機(jī)組運(yùn)行。期間多次造成干氣密封流量大幅波動(dòng)；

（4） 裝置正常開(kāi)停工期間均有干氣密封密封氣氮?dú)夂鸵蚁庵g的切換操作，切換過(guò)程會(huì)造成干氣密封密封氣流量的大幅波動(dòng)。

4 解決方法及防治措施

針對(duì)循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封故障，結(jié)合實(shí)際的情況，裝置擬采取科學(xué)有效地解決方法及防治措施來(lái)預(yù)防故障的再次發(fā)生，以此達(dá)到應(yīng)有的密封效果[5]。

4.1 解決方法

（1） 車(chē)間在機(jī)組運(yùn)行操作過(guò)程中保證干氣密封氣一級(jí)密封氣流量（FIT-4003-101） 高于低報(bào)值13.1 m3/h；

（2） 完成氮?dú)鈮嚎s機(jī)改造，降低由于氮?dú)鈮嚎s機(jī)操作波動(dòng)造成干氣密封氣流量波動(dòng)；

（3） 在干氣密封系統(tǒng)增加高壓氮?dú)怃撈空?，保證界區(qū)乙烯或高壓氮?dú)鈮毫Σ▌?dòng)時(shí)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充。

4.2 防治措施

（1） 嚴(yán)格規(guī)范日常操作，尤其是啟停操作。確保干氣密封投用嚴(yán)格按操作規(guī)程執(zhí)行，時(shí)刻保證密封氣壓力高于外界壓力，避免密封氣之中其他介質(zhì)進(jìn)入[6]。

（2） 嚴(yán)格確認(rèn)密封氣狀態(tài)，確保干氣密封密封氣呈氣相狀態(tài)。當(dāng)切換密封氣時(shí)，要認(rèn)真監(jiān)測(cè)，保證其溫度正常，特別是在長(zhǎng)時(shí)間未投用的時(shí)候，要確認(rèn)流程及各項(xiàng)工藝參數(shù)滿足條件之后，才能夠投用運(yùn)行。

（3） 加強(qiáng)維護(hù)和檢修的工作。在組裝和檢修工作中嚴(yán)格按照相關(guān)檢修步驟來(lái)執(zhí)行，安裝過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)認(rèn)真檢查，在完成之后進(jìn)行驗(yàn)收，盡可能早的發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題，避免使用后對(duì)零部件造成損傷。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)仔細(xì)徹底的剖析聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)的干氣密封故障問(wèn)題，可以發(fā)現(xiàn)裝置在密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面、工藝操作方面及設(shè)備維護(hù)方面都存在不完善的地方。需要采取積極有效的措施來(lái)避免干氣密封的損壞，使壓縮機(jī)能夠穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)下去。同時(shí)，在日常的操作使用、維修保養(yǎng)工作中要做好設(shè)備運(yùn)行、檢修的相關(guān)記錄工作，盡可能的降低密封故障情況的發(fā)生，確保循環(huán)氣壓縮機(jī)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

圖4 設(shè)備解體檢修情況