透平氨压缩机组干气密封磨损原因分析和解决措施

胡继卫，张学信

(河南龙宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

透平氨压缩机组干气密封磨损原因分析和解决措施

胡继卫，张学信

(河南龙宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

介绍了透平氨压缩机组的工艺流程，分析了干气密封损坏的原因，并提出了相应的解决措施。通过在盘车电机与盘车机构之间增设1台减速机，将机组盘车转速由19 r/min降低至1 r/min左右，干气密封磨损问题得以解决。

透平氨压缩机组；干气密封；磨损

河南龙宇煤化工有限公司(以下简称龙宇公司)二期合成净化装置的作用是脱除煤气中的H2S和CO2等杂质，以提高合成气中CO和H2含量，并通过变压吸附和深冷分离装置对H2和CO进行提纯后再送往下游装置。合成净化装置有4台汽轮机驱动的离心压缩机组，其中1台为透平氨压缩机组。该透平氨压缩机组对来自低温甲醇洗装置的气氨进行压缩，将低压气氨升压至可冷凝的压力，从而为低温甲醇洗装置提供充足的冷量。该机组的离心压缩机型号为MCL607+2MCL607，分2个缸，十四级三段压缩，轴端密封采用带中间迷宫的串联式干气密封。试车期间，氨压缩机组突然出现干气密封一级泄漏气量增大的问题，拆检后发现干气密封动静环、高压缸及低压缸磨损严重。针对出现的问题进行了比较分析，最终找出原因，并对盘车机构进行初步改造后试车成功。

1 透平氨压缩机组工艺流程

透平氨压缩机组工艺流程见图1。来自低温甲醇洗装置的气氨[-38 ℃，63 kPa(绝压，下同)]进入低压缸，经1～7级压缩、中间换热后，与来自低温甲醇洗装置的气氨(0 ℃，0.42 MPa)混合后进入高压缸，经8～11级压缩、中间换热后，再经12～14级压缩排出气氨(107 ℃，1.66 MPa)。排出的气氨小部分去干气密封系统作为工艺气进行一级密封，大部分气氨经防喘振冷却器以后分为两路，一路经2只防喘振控制阀去一段分离器、二段分离器，另一路经氨冷凝器冷却为液氨后送至液氨贮槽，作为低温甲醇洗装置的冷却剂。

2 存在问题及原因分析

在透平氨压缩机组第3次试车过程中，出现干气密封一级泄漏气量增大的异常现象。停机后，先后对压缩机的振动、位移等参数进行检查，对干气密封的过滤器压差、一级密封气压力、二级密封气流量等数据进行核对，并拆检过滤器，均未发现异常。对干气密封进行静态试验，发现一级泄漏气量仍有3 m3/h(标态)，于是决定对干气密封进行拆检，结果发现一、二级密封气泄漏口处均存在石墨粉末，动、静环端面均有明显的磨损痕迹，密封内残留部分石墨粉末，动压槽也有轻微磨损。根据干气密封拆检结果，判断在试车过程中干气密封动、静环出现了严重的非正常磨损。前2次试车过程中泄漏气量正常，第3次试车达到正常负荷后，前阶段机组运行状态十分良好，而之后干气密封出现问题，极可能是干气密封干磨损突然达到临界值造成动、静环磨损而使泄漏气量增大。干气密封的干磨有4个阶段，即开机前盘车阶段、开车暖机阶段、停机减速阶段以及停机后的盘车阶段。

图1 透平氨压缩机组工艺流程

根据分析结果，决定缩短干磨时间，以减轻密封的磨损。为此，测算了4个非正常转速阶段的时间：开机前盘车3.0 h，开车暖机0.5 h，停机减速0.1 h，停机后盘车72.0 h，即每次开、停车干气密封将进行75.6 h的干磨。由于离心机采用高压蒸汽汽轮机驱动，启动前的盘车是为了调直汽轮机的转子，防止漏气而造成转子发生热弯曲，并检查转子及缸体之间是否有摩擦或异常情况；停机后的盘车是为了保证汽轮机转子均匀冷却，防止转子弯曲。因此，75.6 h的非正常转动几乎无法避免。

因龙宇公司的暖机转速均控制在干气密封生产企业要求的最低运行转速以上，故可以排除开车暖机阶段的0.5 h是引起密封磨损的原因；而停机减速的0.1 h期间，因干磨时间较短，也可以排除；剩余的75.0 h的盘车时间，因盘车转速为19 r/min，远高于干气密封生产企业要求的盘车转速(<10 r/min)，因此，可判断是因为盘车使密封长时间低速运转，加速磨损，导致密封损坏。由于干气密封动、静环端面形成稳定气膜以实现非接触运行需一定的转速(端面线速度至少为5 m/s以上)，所以在盘车工况下，动、静环端面间无法形成稳定气膜，即存在端面磨损。盘车转速越大、时间越长，其磨损就越严重，密封的使用寿命也越短。经研究，密封的干磨时间最多只能缩短6.0～8.0 h，否则将会引发汽轮机的其他问题。因此，缩短干气密封干磨时间以延长干气密封使用寿命的方法基本不可行。为此，查阅相关资料，经多次分析讨论，认为如能将机组盘车转速降至10 r/min或5 r/min，甚至更低，可以延长干气密封的使用寿命。

3 解决措施

通过以上分析，解决问题的关键在于降低盘车转速。当转子的盘车转速经传动机构减速后，转速为19 r/min，根据干气密封设计给出的盘车转速的要求(<10 r/min)，结合干气密封生产企业给出的盘车转速建议，决定将机组盘车转速控制在1 r/min左右。经分析研究后，提出以下3种改造方案：①对盘车电机增设变频器，调节盘车电机转速，以降低转子盘车速度；②调整汽轮机盘车齿轮速比；③在盘车电机与盘车机构之间增设1台减速机(图2)。

图2 改造后盘车机构示意

方案一改造实施简单，但对电机增设变频器后，电机的轴功率输出严重下降，根本无法盘动转

子，且电机发热量极大。方案二实施起来相对可靠，可通过更换涡轮蜗杆改变传动比降低转速，但需对轴承箱进行改造或更换，改造费用需8万元，且改造时间需2个月左右，故最终选择方案三进行改造。通过一系列的计算、测绘和选型工作，最终改造参数如下：电机功率0.55 kW，中间减速机变比为27∶1，输出转速51 r/min。改造后经多次试车运行，电机、减速机的发热情况良好，输出功率满足盘车要求，振动参数在可控范围内，且干气密封运行参数都在指标范围内(表1)，干气密封磨损的问题得以解决。

表1 改造前后透平氨压缩机组工艺参数对比

机组正常运行转速/(r·min-1)低压缸一级密封气泄漏量/(m3·h-1,标态)改造前改造后高压缸一级密封气泄漏量/(m3·h-1,标态)改造前改造后63009.08.99.19.063509.18.99.19.066199.19.09.19.1672111.99.110.29.1645612.29.00.19.0

注：1)改造前后盘车转速分别为19 r/min和1 r/min左右

4 结语

与方案二相比，方案三改造成本仅3 000元，改造耗时为21 d，节电4.95 kW。在19 r/min的盘车转速下，干气密封干磨约180 h即出现泄漏气量增大的问题；而当盘车转速改为1 r/min左右时，干气密封干磨寿命将延长至600 h，不仅节省了干气密封维修费用，而且降低了运行成本。

Analysis of Causes of Dry Gas Seal Wear of Turbine Driven AmmoniaCompressor Unit and Countermeasures

HU Jiwei, ZHANG Xuexin

(Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng 476600, China)

The process flow of turbine driven ammonia compressor unit is introduced, the causes of dry gas seal damage are analyzed, and countermeasures are proposed. By adding a reducer between turning motor and turning gear, the turning speed of the unit is reduced from 19 r/min to about 1 r/min, the dry gas seal wearing problem is solved.

turbine driven ammonia compressor unit; dry gas seal; wear

胡继卫(1985—)男，大学本科，主要从事离心压缩机、甲醇合成与煤气净化的生产技术管理工作；hujiwei888@126.com

TH45

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1006- 7779(2017)01- 0035- 03

2014- 09- 14)