合成气压缩机干气密封损坏及振动原因分析

潘 俊

（河南能源化工集团永城园区，河南永城 476600）

1 引言

在化工行业内，压缩机作为最为核心的设备之一，始终是化工企业的心脏，其运行稳定与否直接关系到化工企业的稳定生产，而作为煤制甲醇项目来说，合成气压缩机就是其关键机组之一，一旦其无法稳定运行，则后续甲醇合成装置无法正常生产，整个企业将面临巨大的经济损失。

2 设备概述

本文所分析的就是某大型国有煤制甲醇企业的一台进口某压缩机，该压缩机是甲醇装置最核心的运转设备，型号为：STC-SV（10-7-A），为垂直剖分筒式缸体结构，驱动机一侧为筒底，自由端为筒盖，整套机组由一台凝汽式汽轮机驱动。干气密封系统为串联式两级密封。

本压缩机采用单缸2段7级压缩，第一段为新鲜气压缩段，共六级压缩，介质为低温甲醇洗来的合成气净化气与氢回收来的富氢气的混合气，入口总流量设计为151000 Nm3/h，温度40 ℃，入口压力3.2 MPa（g），介质在此段被压缩后压力升高到7.5 MPa（g），温度升高至163 ℃，进入第二段循环压缩段入口，与来自甲醇合成工序的温度40 ℃，压力7.5 MPa（g），流量740000 Nm3/h的循环气混合后进入循环气压缩段，经最终加压后去甲醇合成装置。

3 事情经过

2019年9月，该化工园区利用装置大修时间对合成气压缩机进行了一次大修，期间更换了两套干气密封。检修完成后，机组低负荷运转正常，但在3天后提负荷的过程中发现合成气压缩机非驱动端径向轴承忽然振动增大，且伴随着异响，经负荷调整后无明显下降趋势，振动一直在报警区域波动，并多次接近跳车值，特护运行几天后，工况仍无好转现象，且异响愈发明显，最后园区经研究讨论，决定对机组进行停车抢修，拆检轴承。经拆检发现机组径向轴承除轻微积碳与个别浅划痕外无明显问题，为了防止是轴承问题导致振动增大，于是更换了新轴承。经抢修后开车发现机组仍然振动大，异响也依然存在，于是机组被迫再次停车。经讨论后，决定对机组再次进行大修，以彻底找出轴承振动大的原因。

本次拆检中发现非驱动端干气密封动静环明显碎裂，转子驱动端端部螺纹损坏，另有几个轴承安装间隙过小。面对该情况，园区被迫将转子发运至国内某知名鼓风机厂进行螺纹修复，并重新进行动平衡，干气密封紧急发往国内某知名密封制造厂进行紧急维修。拆检发现新旧2套非驱动端干气密封全部损坏，其中旧干气密封仅一级动静环开裂，但仍保持完整形态，新干气密封一级动静环全部碎裂，二级动环开裂。在维修期间，园区内部组织人员再次对整个压缩系统进行排查，发现一级入口过滤器滤网吸扁开裂，干气密封系统部分管路存在脏、堵现象。

4 原因分析及排查

针对本次事故，共从以下几个方面提出疑问并着手分析：

（1）机组振动大的根本原因是什么？

（2）干气密封损坏的原因是什么？为什么干气密封动静环都已经完全碎裂，泄漏气压力却没有变化，参数上也反应不出来？

（3）转子端部螺纹是如何损坏的？

从整个排查过程推断，机组刚开车时低负荷运行正常，后提负荷时忽然发现振动增大，可能是由于入口滤网长期停车检修过程中出现堵塞，入口气量不足而使机组出现短时喘振，入口滤网变形后开裂，滤网损坏后气量恢复正常，但此时干气密封由于机组喘振可能已经导致动静环碎裂，整个转动系统动平衡被破坏，因此轴承振动一直较高。

而在对整个干气密封系统进行排查时发现，非驱动端干气密封密封气排放管上在泄漏气压力表前多了一个1.5 mm的限流孔板，且进出口管路存在脏、堵的现象。多出来的这块限流孔板导致非驱动端泄漏气被减压后才进入后段被压力监控点所检测到，因此该压力点监测到的漏量没有参考意义，它更多的是接近泄漏气总管的压力，这也是为什么一级干气密封动静环都碎了而泄漏气压力却没有变化的原因。驱动端和原始PID图上均没有这个孔板。

另外该限流孔板前后都有堵塞，也说明了该段泄漏气量小，后段压力监测点难以监测到漏气量的变化，反映到出口总管压力自调阀上显示也没有阀度的调整。泄漏的密封气和缸体漏过来的合成气全部进入二级，由二级密封进行密封，由于二级密封没有流量和压力的监控，是直接引到厂房外对空排放的，所以通过二级密封的泄漏气直接排到大气中了。

上述现象也解释了为什么新旧干气密封一级碎裂后都没有被检测到泄漏气压力的波动，实际旧的干气密封是通过二级来密封的，新的干气密封由于二级也有损伤，所以较大的漏气都直接排到大气了。

另外非驱动端一级密封气入口有大量灰，说明进干气密封一级的密封气不干净，这也是干气密封损坏的重要原因，而入口过滤器压差却没有报警，这说明一级密封气过滤器滤芯精度可能不够，需更换。

图1 调整后的轴承间隙

而转子端部螺纹应该是在大修时安装联轴器安装盘时，由于检修不当，在拆装打压工具时导致损毁的。

5 处理措施

（1）对整个气路系统进行排查，拆检一二级入口过滤器检查滤网是否损坏及堵塞，拆检新鲜气入口分离器和循环气入口分离器，检查出口丝网除沫器是否堵塞及损坏，并最终更换损坏的一级入口过滤器。

（2）拆检前后2次大修换下的干气密封，发现两套非驱动端干气密封全部损坏，第一次大修换下来的干气密封仅为动静环开裂，但尚保持完整形态，因此对机组振动影响较小，第二次大修换下来的干气密封一级动静环已经粉碎，这也是导致机组一直振动大的原因。

最后更换了两套新的干气密封。

（3）损坏的转子端部螺纹无法修复，只能采取将螺纹整体车除，再重新加工螺纹的方法，并重新制作一套配套的联轴器安装盘，然后进行整体动平衡。

（4）对几处轴承间隙过小的部位进行重新处理，保证间隙在厂家给定范围内。

6 结语

第一次轴承振动过大时虽然拆检轴承未发现异常，但由于大家都认为干气密封即便出现问题也不至于影响到机组的振动，因此并没有对干气密封的问题引起足够的重视，但事实证明，干气密封的损坏对机组的振动有着直接的影响。

在经过上述处理后，机组顺利开车成功，且整体运行参数优良。