煤化工合成气压缩机干气密封故障技术研究

煤化工合成气压缩机干气密封故障技术研究

薛,超

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摘要：某有限公司一期50万t/a甲醇装置,其合成工序流程为:来自低温甲醇洗装置净化气和来自氢回收装置的新鲜原料气,通过合成气压缩机升压，在甲醇合成塔内进行催化反应，部分合成气态甲醇再经冷却、冷凝、分离出粗甲醇产品,送往甲醇精馋工段，未反应的气体经合成气压缩机升压后进入合成回路循环利用。合成气压缩机为离心式压缩机，由德国西门子设计制造，其型号为STC-SV(10-7-A),由汽轮机驱动,为一缸两段七级叶轮结构。

关键词：压缩机；干气密封；损坏；原因分析；措施

合成气压缩机在运行中发生干气密封损坏，分析故障原因，并提出处理方案,保证了合成气压缩机组长周期安全运行。第一段为新鲜气压缩段，由六级叶轮组成;第二段为循环段，由一级叶轮组成。由于机组工作介质为合成气，釆用双端面串联式干气密封。原干气密封设计制造商为德国博格曼。

1干气密封工作流程

合成气压缩机正常运行过程中排出的部分工艺气体(8.2MPaJl乞)以及在开停车过程中由界区来的高压氮气(6.0MPa)作为密封气气源,经过第一级密封气过滤器过滤后,进入压缩机两侧的第一级密封气端面，在密封面上形成密封气膜，防止压缩机内的工艺气体进入密封。密封端面上正常向外产生的少量工艺泄漏气，经压力控制后去火炬燃烧。自界区来的8.1MPa左右的氮气,经第二级密封气过滤器过滤后,再经过压力调节阀(PCV-15329)控制压力为0.6MPa,进入第二级密封气端面，密封端面上正常向外泄漏的少量氮气被引出至安全处放空。自界区来的低压氮气(0.4MPa)经压力调节阀(PCV-15337)控制压力为0.1MPa,然后进入压缩机轴端的密封函内，对轴承的润滑油进行隔离。

2干气密封损坏现象

2021年5月，在运行期间，前系统紧急停车,干气密封气源压力(PI15325)由6.1MPa降至5.7MPa,此过程一直使用的是高压氮气作为气源，压力指示(PI15333)持续降低并大幅度波动。PI1533降至低联锁值50kPa,3s后机组跳车。机组跳车后，驱动端及非驱动端泄漏气压力恢复正常，从趋势看，干气密封驱动端泄漏量无明显异常。随后尝试冲转开车，因驱动端一级泄漏气压力低联锁触发停车并重复跳车前趋势,基本上判断驱动端干气密封出现问题。机组转入工艺置换,准备更换干气密封。

3密封拆解情况

委托专业维修厂家对干气密封进行解体检查，结果如下：

(1)拆一、二级弹簧座连接螺栓。因安装时螺栓涂有螺纹锁固胶，先使用热吹风机吹热,再拆卸取出卡圈。将二级弹簧座拿开后，发现二级静环密封面有磨损,二级推环处于卡死的状态。将动环、推环及“0”型圈逐个拿出，擦洗“0”型圈后检査发现,“0”型圈不光滑、有伤痕;不装“0”型圈，用推环反复压弹簧，反弹良好,各弹簧目测也完好，二级摩擦副端面有明显接触运转痕迹,推环卡死，静环无追随性。拆解静环后,可见二级静环“0”型圈表面磨损，弹簧座滑移面有磨痕。

(2)再拆一级密封，各处都比二级情况稍好,但“0”型圈也有伤痕且轴向滑动不良。一级静环摩擦副端面有明显接触运转痕迹,痕迹分布整个端面;一级泄漏气通道可见石墨粉末。

4原因分析

4.1拆解初步判断分析

根据拆解密封的情况，二级推环密封圈卡死、二级密封端面脱开(见图1),导致一级泄漏至二级端面排出，是引起一级泄漏气压力低联锁跳车的主要原因。

4.2二级推环卡死

造成二级推环卡死,主要是“0”型圈磨损以及一、二级摩擦副端面运转接触磨损，石墨粉末等杂质堆积在弹簧座滑移面处。随着现场工艺波动、机组振动、机组轴位移等情况，推环密封“0”型圈与弹簧座滑移面发生相对运动。在石墨粉等固态颗粒杂质的作用下，摩擦力增加，弹簧座滑移面粗糙精度降低。

4.3机加工精度低

机加工精度较低,相关零部件几何精度、形位公差偏大，造成相关配合垂直度尺寸、表面粗糙度超标。在运行期间,零件之间不同心以及表面粗糙，加剧“0”型圈表面精度降低。滑动表面的粗糙度是影响“0”型圈表面摩擦与磨损的直接因素。表面光洁，摩擦与磨损就小，所以往往要求滑动表面的粗糙度数值要低。

4.4密封转动件与定位面磨损

该密封一级、二级摩擦副端面同时磨损，分析可能的原因是密封转动组件的定位面精度下降、垂直度降低，造成密封转动组件不能精准定位,密封转动件与定位面间有相对运转。从拆解下的密封可见，压紧套外端面可见明显运转磨损痕迹。该密封釆用锁紧背冒作为定位原件，多次装拆都会对其进行敲击,导致工件变形,定位面精度下降。

5解决及防范措施

(1)“0”型圈采用进口备件。针对二级推环

“0”型圈磨损的情况，使用美国杜邦公司生产的密封圈，保证其使用寿命。

(2)提高机加工精度。干气密封弹簧座滑移面、压紧套外端面的表面粗糙度不低于0.4,形位公差不低于5级精度。修复干气密封时,对其进行返修处理。

(3)保证安装质量。安装干气密封时，必须严格按照图纸尺寸进行复测，同时检测密封定位面精度，保证定位面粗糙度不大于0.8,垂直度不低于5级精度。

(4)改造流体旋转槽。该密封主体结构为双旋向流体动压槽，抗波动能力差,气膜不稳定。因此，将双旋向流体动压槽改为单旋向螺旋槽，提高了抗波动能力和气膜稳定性。

(5)增大过滤面积。原干气密封进气过滤面积小，气膜稳定性差。现增大过滤面积，增加过滤器的长度，满足使用要求。

6结语

针对合成气压缩机干气密封损坏情况进行优化处理，避免了机组反复停车对生产系统影响，同时大幅降低机组检修的频率和维修成本,实现合成气压缩机组长周期运行目的⑷O

采用压缩空气对滤袋进行喷吹清理，过滤室内每排滤袋出口顶部配备喷吹管,喷吹管下侧正对滤袋中心设有喷吹口。清理时，按设定程序打开电磁脉冲喷吹,压缩空气在极短时间内进入滤袋，形成空气波，滤袋急剧膨胀并振动，以抖落粉尘，达到清理效果⑷。

3.2注意事项

(1)除尘器的总压差不能超过1500Pa,分室压差不能超过500Pa。正常生产中,如果总压差、分室压差突然增大,需检查处理除尘器人孔盖。

(2)必须保证气源充足、不间断。

(3)包装工及时放料，不能造成堵塞。

4结语

河北阳煤正元化工集团有限公司10万t/a尿素大颗粒装置自投运以来运行平稳，满负荷时各工艺指标控制良好。大颗粒尿素产品质量达到TGB/T2440—2017(尿素》规范要求。

参考文献

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