趙啟輝

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

1 情況介紹

寧煤集團(tuán)煤基烯烴項(xiàng)目是寧東化工基地規(guī)劃建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，主要是由氣化裝置、四合一裝置、MTP裝置、聚丙烯裝置、動(dòng)力站裝置和空分裝置等組成的，總占地面積192 hm2，項(xiàng)目總投資約180 億元。

丙烯壓縮機(jī)組為德國(guó)西門(mén)子公司生產(chǎn)的三段離心式壓縮機(jī)，低溫甲醇洗裝置與MTP置提供冷媒，是整個(gè)工藝流程中的核心關(guān)鍵設(shè)備。丙烯為易燃易爆介質(zhì)，壓縮機(jī)采用Flowserve公司生產(chǎn)的單旋向螺旋槽串聯(lián)干氣密封作為該離心壓縮機(jī)的軸端密封，如圖1所示。

2 現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題與排查

2014年1月14日23：10分，丙烯壓縮機(jī)組因蒸汽系統(tǒng)問(wèn)題停車(chē)，經(jīng)過(guò)約7 min時(shí)間機(jī)組轉(zhuǎn)速降至0 rpm，在此時(shí)壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端干氣密封首級(jí)密封氣排放壓力PT5204參數(shù)（黃線(xiàn)a606PT5204C）顯示為10 kPa左右（圖2），主密封排放壓力PT5204觸發(fā)排放壓力低低聯(lián)鎖值，無(wú)法再次啟動(dòng)壓縮機(jī)組。在二級(jí)密封進(jìn)氣流量相同的條件下，非驅(qū)動(dòng)干氣密封的一級(jí)排放壓力為0.01 MPa，與驅(qū)動(dòng)端 0.203 MPa相差較多，當(dāng)壓縮機(jī)停車(chē)時(shí)，驅(qū)動(dòng)端干氣密封各參數(shù)顯示正常，此時(shí)一級(jí)排放的氣體成分主要為二級(jí)進(jìn)氣。在保證驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端干氣密封二級(jí)供氣流量均為25 kg/h，對(duì)干氣密封一級(jí)排放口進(jìn)行確認(rèn)，非驅(qū)動(dòng)端干氣密封一級(jí)排放口基本無(wú)氣體排出、二級(jí)排放口氣體排放量約為驅(qū)動(dòng)端干氣密封二級(jí)密封氣排放量的2倍。初步分析壓縮機(jī)非驅(qū)動(dòng)端干氣密封已損壞。解體后發(fā)現(xiàn)，干氣密封主要密封部件損壞嚴(yán)重（圖3）。

圖1 干氣密封單級(jí)基本結(jié)構(gòu)

圖2 丙烯壓縮機(jī)干氣密封參數(shù)趨勢(shì)

隨后對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速趨勢(shì)再次詳細(xì)地進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)停車(chē)過(guò)程出現(xiàn)機(jī)組轉(zhuǎn)速 “降”“ 升”“降”3個(gè)過(guò)程，速度首次從2800 rpm降至0 rpm用時(shí)10 s、隨后機(jī)組轉(zhuǎn)速再次由0 rpm升到1300 rpm、隨后壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速再由1300 rpm緩慢地降到0 rpm。整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)速?gòu)?800 rpm降至0 rpm、0 rpm升至1300 rpm、再?gòu)?300 rpm降至0 rpm合計(jì)用時(shí)7分2秒，同時(shí)壓縮機(jī)防喘振閥門(mén)均出現(xiàn)多次動(dòng)作，分析機(jī)組在停車(chē)時(shí)出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。

3 螺旋槽干氣密封工作原理與密封損壞原因分析

螺旋槽干氣密封工作原理實(shí)際上是一種潤(rùn)滑氣膜流體的動(dòng)、靜環(huán)結(jié)合型非接觸式機(jī)械密封與氣體阻塞密封的有機(jī)結(jié)合。動(dòng)環(huán)為表面精加工出螺旋槽并研磨、拋光處理，槽深2.5 μm～10 μm，螺旋槽的型線(xiàn)有對(duì)數(shù)螺旋線(xiàn)。

靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，動(dòng)靜環(huán)相對(duì)靜止，靜環(huán)在系統(tǒng)介質(zhì)靜壓力和彈性元件彈力的合力作用下將靜環(huán)緊貼在動(dòng)環(huán)上，該合力成為動(dòng)靜環(huán)閉合力Fc。

在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，在動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)方向，清潔的氣體流經(jīng)逐步收縮的螺旋槽 （圖5） ，在被壓縮的同時(shí)受密封堰的阻礙，氣體壓力逐漸升高將動(dòng)靜環(huán)推開(kāi)，稱(chēng)為開(kāi)啟力Fo （圖6），成為流體動(dòng)壓力。

圖3 干氣密封解體零部件狀態(tài)

圖4 螺旋槽密封動(dòng)環(huán)端面

圖5 螺旋槽干氣密封流體動(dòng)壓示意圖

圖6 干氣密封動(dòng)態(tài)受力圖

機(jī)組在一定轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，動(dòng)靜環(huán)閉合力Fc與動(dòng)靜環(huán)開(kāi)啟力Fo之間達(dá)到平衡狀態(tài)，即Fo=Fc，在動(dòng)靜環(huán)之間形成具有一定厚度和剛性的氣膜，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行的非接觸式密封。

但丙烯壓縮機(jī)組停車(chē)過(guò)程存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時(shí)因動(dòng)環(huán)對(duì)氣體泵效應(yīng)無(wú)法形成，干氣密封動(dòng)靜環(huán)開(kāi)啟力Fo趨近于0，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)始終在動(dòng)靜環(huán)閉合力Fc作用下處于閉合狀態(tài)，動(dòng)靜環(huán)間缺少足夠剛度的氣膜，直接摩擦出現(xiàn)損壞，造成干氣密封泄漏。

4 處理措施

利用停車(chē)計(jì)劃對(duì)壓縮機(jī)出口止回閥進(jìn)行維修，保證其在機(jī)組停車(chē)時(shí)不發(fā)生泄漏問(wèn)題；將干氣密封動(dòng)環(huán)密封槽形式由螺旋槽改為T(mén)型槽，保證機(jī)組在正反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)動(dòng)靜環(huán)之間均能形成穩(wěn)定的氣膜，避免動(dòng)靜環(huán)直接接觸磨損。改造后，機(jī)組運(yùn)行至今再未出現(xiàn)過(guò)停車(chē)期間干氣密封損壞的情況。

5 結(jié)語(yǔ)

本次干氣密封動(dòng)環(huán)密封槽改型徹底解決了壓縮機(jī)停車(chē)過(guò)程因倒轉(zhuǎn)造成機(jī)組干氣密封損壞的問(wèn)題，保證機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，減少機(jī)組干氣密封故障的檢修次數(shù)，為裝置帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。