張 勝，王 東

（河南濟(jì)源鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，河南濟(jì)源 459000）

0 引言

河南濟(jì)源鋼鐵（集團(tuán)）有限公司2#BPRT 機(jī)組由陜鼓集團(tuán)設(shè)計制造，型號為AV63+MPG9.7 同軸機(jī)組，于2012 年3 月份投產(chǎn)使用，在運(yùn)行半年后透平機(jī)閥軸端密封泄漏煤氣，現(xiàn)場煤氣達(dá)到1000×10-6（要求小于50×10-6），威脅到崗位巡檢工的人身安全，嚴(yán)重時需要透平機(jī)停機(jī)檢修，影響B(tài)PRT 機(jī)組的節(jié)電效益，造成經(jīng)濟(jì)效益損失。

1 氮氣密封系統(tǒng)工作原理

2#BPRT 透平機(jī)軸端密封方式原為碳環(huán)密封+梳齒迷宮式密封+氮氣密封（圖1）。

圖1 BPRT 透平軸端密封結(jié)構(gòu)

（1）梳齒迷宮式密封（圖2）。在轉(zhuǎn)子上鑲嵌多級環(huán)形密封條，形成多個密封環(huán)與機(jī)殼上的密封槽相互配合成為多級迷宮密封，起到阻止煤氣泄漏的作用，達(dá)不到完全密封的要求，成為第一級密封。

（2）碳環(huán)密封（圖3）。由密封腔體和浮動碳環(huán)組成，每組浮動碳環(huán)有三瓣，用彈簧將浮動碳環(huán)箍緊成環(huán)，安裝在密封腔體內(nèi)，與轉(zhuǎn)子上密封套組成密封組件。當(dāng)轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)上浮時，浮動碳環(huán)沿徑向滑動，利用拉簧的作用力，將浮動碳環(huán)內(nèi)環(huán)面與轉(zhuǎn)子碳環(huán)軸套間保持小間隙，實現(xiàn)碳環(huán)的密封成為第二套密封。

（3）充氮。通過在梳齒迷宮密封和碳環(huán)密封中通入高于煤氣壓力30 kPa 以上的氮氣，氮氣在梳齒迷宮式密封和碳環(huán)密封中形成環(huán)流，使密封達(dá)到最佳效果。

2 2#BPRT 透平機(jī)組泄漏煤氣原因分析

梳齒迷宮式密封透平膨脹機(jī)第一級密封，透平機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子徑向跳動，軸瓦與軸頸的間隙為0.2～0.25 mm，需要保持梳齒和氣封套的間隙＞0.25 mm 保證不刮蹭，因為有間隙，所以不能避免泄漏煤氣。

2#BPRT 透平機(jī)轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速或者振動大時容易造成梳齒和氣封套之間碰撞摩擦，梳齒容易磨損造成煤氣泄漏量增大（圖4）。

碳環(huán)密封其結(jié)構(gòu)為拉簧將碳環(huán)和軸套緊密接觸，運(yùn)行一段時間后，密封碳環(huán)和石墨軸套均磨損，當(dāng)軸套上石墨磨損完畢，將無法實現(xiàn)密封，使用過程中碳環(huán)容易破損（圖5）。

圖2 梳齒迷宮式密封結(jié)構(gòu)

圖3 碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)

圖4 磨損的梳齒

氮氣密封組合軸封是使用氮氣充滿在梳齒式迷宮密封體和碳環(huán)密封體內(nèi)，利用氮氣壓力高于煤氣壓力進(jìn)行強(qiáng)制密封。但是由于梳齒磨損和碳環(huán)密封的失效，即使使用氮氣強(qiáng)制密封，機(jī)組仍然會泄漏煤氣。2#BPRT 透平機(jī)運(yùn)行后氮氣由原來壓差設(shè)定在30 kPa 上升到200 kPa，氮氣的使用量由60 m3/h 上升到到300 m3/h，機(jī)組仍然存在泄漏煤氣的現(xiàn)象，最終不得不停機(jī)檢修。

圖5 破碎的碳環(huán)密封

3 透平機(jī)氮氣密封系統(tǒng)改造實踐

通過陜鼓和成都愛迪公司技術(shù)交流，對2#BPRT 透平機(jī)機(jī)組進(jìn)行氮氣密封改造。新型軸端密封是一個組合式密封，由TRT-FC 自調(diào)端密封組件（又簡稱自調(diào)密封）和ASF 密封環(huán)組件兩部分共同組成，原氮氣密封系統(tǒng)不變（圖6～圖8）。

圖6 透平機(jī)新型軸端密封

ASF 密封環(huán)組件是一種以蜂窩密封形式為主的新型密封（圖9）。其密封特性是：密封效果更佳，耐磨，耐高溫，利于機(jī)組穩(wěn)定；相比于迷宮氣封，可緩沖異常振動對軸的傷害，不易傷及所接觸的軸徑表面。

TRT-FC 自調(diào)端密封組件的形位尺寸與原傳統(tǒng)碳環(huán)密封完全相同，但結(jié)構(gòu)形式更優(yōu)化，便于安裝，密封性能更好，使用壽命延長（圖10）。

圖7 新型ASF 密封環(huán)組件局部

4 改造效果驗證

2#BPRT透平機(jī)的運(yùn)行效果：①BPRT透平機(jī)改變密封的結(jié)構(gòu)形式，氮氣密封效果良好，提高機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性，在軸端檢測煤氣含量為0；②改造后機(jī)組氮氣消耗量為80 Nm3/h；③蜂窩密封的氣流激振比較小，有利于機(jī)組日常穩(wěn)定運(yùn)行，尤其機(jī)組比較容易沖臨界轉(zhuǎn)速；④機(jī)組振動振幅保持15 μm 以下。

圖8 機(jī)組密封系統(tǒng)組裝完成

圖9 ASF 密封環(huán)組件蜂窩密封形式

圖10 TRT-FC 自調(diào)端密封組件

5 透平機(jī)軸端密封改造后的經(jīng)濟(jì)效益

透平改造后氮氣使用量由原來的240 Nm3/h，降低為80 Nm3/h，每年節(jié)約費(fèi)用13 萬元（氮氣價格0.1 元/m3，機(jī)組運(yùn)行360 d）。透平機(jī)組軸端煤氣泄漏量0 ppm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家工業(yè)企業(yè)安全生產(chǎn)管理規(guī)定，滿足崗位人員正常設(shè)備巡檢的需求。日常檢修方便，轉(zhuǎn)子無需返廠更換梳齒、做動平衡等，縮短了檢修時間，機(jī)組日常開蓋檢查由原來的24 h 縮短到現(xiàn)在的8 h，提高BPRT 節(jié)點效益。碳環(huán)密封裝置是非接觸式密封方式，在保證密封效果的前提下不僅延長了轉(zhuǎn)子軸端密封套及氣膜密封裝置的使用壽命，而且消除了碳環(huán)對轉(zhuǎn)子的擾動力，將碳環(huán)密封使用壽命由原來的1 年延長到3 年。