2#BPRT透平机组氮气密封系统改造实践

张 胜，王 东

（河南济源钢铁（集团）有限公司，河南济源 459000）

0 引言

河南济源钢铁（集团）有限公司2#BPRT 机组由陕鼓集团设计制造，型号为AV63+MPG9.7 同轴机组，于2012 年3 月份投产使用，在运行半年后透平机阀轴端密封泄漏煤气，现场煤气达到1000×10-6（要求小于50×10-6），威胁到岗位巡检工的人身安全，严重时需要透平机停机检修，影响BPRT 机组的节电效益，造成经济效益损失。

1 氮气密封系统工作原理

2#BPRT 透平机轴端密封方式原为碳环密封+梳齿迷宫式密封+氮气密封（图1）。

图1 BPRT 透平轴端密封结构

（1）梳齿迷宫式密封（图2）。在转子上镶嵌多级环形密封条，形成多个密封环与机壳上的密封槽相互配合成为多级迷宫密封，起到阻止煤气泄漏的作用，达不到完全密封的要求，成为第一级密封。

（2）碳环密封（图3）。由密封腔体和浮动碳环组成，每组浮动碳环有三瓣，用弹簧将浮动碳环箍紧成环，安装在密封腔体内，与转子上密封套组成密封组件。当转子在高速旋转上浮时，浮动碳环沿径向滑动，利用拉簧的作用力，将浮动碳环内环面与转子碳环轴套间保持小间隙，实现碳环的密封成为第二套密封。

（3）充氮。通过在梳齿迷宫密封和碳环密封中通入高于煤气压力30 kPa 以上的氮气，氮气在梳齿迷宫式密封和碳环密封中形成环流，使密封达到最佳效果。

2 2#BPRT 透平机组泄漏煤气原因分析

梳齿迷宫式密封透平膨胀机第一级密封，透平机旋转过程中转子径向跳动，轴瓦与轴颈的间隙为0.2～0.25 mm，需要保持梳齿和气封套的间隙＞0.25 mm 保证不刮蹭，因为有间隙，所以不能避免泄漏煤气。

2#BPRT 透平机转子过临界转速或者振动大时容易造成梳齿和气封套之间碰撞摩擦，梳齿容易磨损造成煤气泄漏量增大（图4）。

碳环密封其结构为拉簧将碳环和轴套紧密接触，运行一段时间后，密封碳环和石墨轴套均磨损，当轴套上石墨磨损完毕，将无法实现密封，使用过程中碳环容易破损（图5）。

图2 梳齿迷宫式密封结构

图3 碳环密封结构

图4 磨损的梳齿

氮气密封组合轴封是使用氮气充满在梳齿式迷宫密封体和碳环密封体内，利用氮气压力高于煤气压力进行强制密封。但是由于梳齿磨损和碳环密封的失效，即使使用氮气强制密封，机组仍然会泄漏煤气。2#BPRT 透平机运行后氮气由原来压差设定在30 kPa 上升到200 kPa，氮气的使用量由60 m3/h 上升到到300 m3/h，机组仍然存在泄漏煤气的现象，最终不得不停机检修。

图5 破碎的碳环密封

3 透平机氮气密封系统改造实践

通过陕鼓和成都爱迪公司技术交流，对2#BPRT 透平机机组进行氮气密封改造。新型轴端密封是一个组合式密封，由TRT-FC 自调端密封组件（又简称自调密封）和ASF 密封环组件两部分共同组成，原氮气密封系统不变（图6～图8）。

图6 透平机新型轴端密封

ASF 密封环组件是一种以蜂窝密封形式为主的新型密封（图9）。其密封特性是：密封效果更佳，耐磨，耐高温，利于机组稳定；相比于迷宫气封，可缓冲异常振动对轴的伤害，不易伤及所接触的轴径表面。

TRT-FC 自调端密封组件的形位尺寸与原传统碳环密封完全相同，但结构形式更优化，便于安装，密封性能更好，使用寿命延长（图10）。

图7 新型ASF 密封环组件局部

4 改造效果验证

2#BPRT透平机的运行效果：①BPRT透平机改变密封的结构形式，氮气密封效果良好，提高机组安全运行的可靠性，在轴端检测煤气含量为0；②改造后机组氮气消耗量为80 Nm3/h；③蜂窝密封的气流激振比较小，有利于机组日常稳定运行，尤其机组比较容易冲临界转速；④机组振动振幅保持15 μm 以下。

图8 机组密封系统组装完成

图9 ASF 密封环组件蜂窝密封形式

图10 TRT-FC 自调端密封组件

5 透平机轴端密封改造后的经济效益

透平改造后氮气使用量由原来的240 Nm3/h，降低为80 Nm3/h，每年节约费用13 万元（氮气价格0.1 元/m3，机组运行360 d）。透平机组轴端煤气泄漏量0 ppm，远远低于国家工业企业安全生产管理规定，满足岗位人员正常设备巡检的需求。日常检修方便，转子无需返厂更换梳齿、做动平衡等，缩短了检修时间，机组日常开盖检查由原来的24 h 缩短到现在的8 h，提高BPRT 节点效益。碳环密封装置是非接触式密封方式，在保证密封效果的前提下不仅延长了转子轴端密封套及气膜密封装置的使用寿命，而且消除了碳环对转子的扰动力，将碳环密封使用寿命由原来的1 年延长到3 年。