但天福

（海洋石油富島有限公司，海南東方572600）

1 引言

海洋石油富島有限公司30萬(wàn)噸合成氨、52萬(wàn)噸尿素項(xiàng)目于1996年投入正常生產(chǎn)。尿素裝置二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組采用雙缸多級(jí)離心式壓縮機(jī)，由高壓抽汽、注汽、冷凝式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，由意大利新比隆公司制造；軸封為干氣密封，由約翰克蘭生產(chǎn)。2017年2月利用裝置大修的機(jī)會(huì)，更換高壓缸兩端干氣密封，至2018年8月，壓縮機(jī)共停車(chē)11次。2018年8月23日機(jī)組開(kāi)車(chē)后，發(fā)現(xiàn)止推側(cè)干氣密封開(kāi)始泄漏，9月11日，一級(jí)放空管中的壓力PSH41053現(xiàn)場(chǎng)壓力表為0.5 MPa。泄漏的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)一、二級(jí)放空管直接排入大氣，造成一定的浪費(fèi)。同時(shí)，密封面的泄漏對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行是一個(gè)重大的隱患。為消除潛在的風(fēng)險(xiǎn)，利用裝置短停的機(jī)會(huì)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了檢修，對(duì)干氣密封進(jìn)行了更換處理。

2 高壓缸干氣密封介紹

干氣密封具有泄漏量少，斷面磨損小、使用壽命長(zhǎng)、并可省去復(fù)雜的油循環(huán)系統(tǒng)等特點(diǎn)。因此特別適于高速、高壓條件下離心式壓縮機(jī)的軸端密封，已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的浮環(huán)密封、迷宮式密封和機(jī)械密封。干氣密封與一般機(jī)械密封的平衡型集裝式結(jié)構(gòu)一樣，但端面設(shè)計(jì)有所不同，表面上有幾微米至十幾微米深的溝槽，端面寬度較寬。與一般潤(rùn)滑機(jī)械密封不同，干氣密封在2個(gè)密封面上產(chǎn)生了一個(gè)穩(wěn)定的氣膜。這個(gè)氣膜具有較強(qiáng)的剛度使兩個(gè)密封端面完全分離，并保持幾微米間隙。密封間隙太大，會(huì)導(dǎo)致泄漏量增加，密封效果較差；密封間隙太小，容易使兩密封面發(fā)生接觸，因?yàn)楦蓺饷芊獾哪Σ翢岵荒芗皶r(shí)散失，端面接觸無(wú)潤(rùn)滑，將很快引起密封變形、端面過(guò)度發(fā)熱從而導(dǎo)致密封失效。這個(gè)氣膜的存在，既有效地使端面分開(kāi)又使相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)的兩端面得到了冷卻，兩個(gè)端面非接觸，故摩擦、磨損大大減小，使密封具有長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，從而延長(zhǎng)主機(jī)的壽命。

我公司二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸選用約翰克蘭T28XP型單級(jí)干氣密封，該密封使用三段出口二氧化碳?xì)庾鳛槊芊鈿?，密封氣?jīng)5μ精度的過(guò)濾器過(guò)濾，經(jīng)限流孔板減壓至2.8 MPa，分為兩路進(jìn)入壓縮機(jī)高壓缸驅(qū)動(dòng)端及止推端干氣密封密封腔內(nèi)。密封氣大部分經(jīng)機(jī)組迷宮密封返回至機(jī)體內(nèi)，阻止機(jī)內(nèi)氣體外漏，極少量的氣體經(jīng)過(guò)動(dòng)靜環(huán)密封面泄漏至密封氣排放腔內(nèi)。密封氣流量約90 m3/h，壓力約2.54 MPa，溫度約20℃。干氣密封系統(tǒng)包括密封氣系統(tǒng)、密封泄漏放空系統(tǒng)以及潤(rùn)滑油煙氣放空系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。

3 干氣密封異?，F(xiàn)象

2018年8月23日機(jī)組開(kāi)車(chē)后，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)（K101） 高壓缸三段干氣密封一級(jí)排放壓力由0增加到0.06 MPa，報(bào)警PAH41053值為0.07 MPa，從8月23日開(kāi)始階梯式的增長(zhǎng)，8月30日一級(jí)放空管中的壓力PSH41053現(xiàn)場(chǎng)壓力表為0.3 MPa，9月14日為0.5 MPa，9月18日裝置因其他原因停車(chē)時(shí)為0.5 MPa，具體見(jiàn)圖2。調(diào)高密封氣進(jìn)氣壓力無(wú)效，表明干氣密封面出現(xiàn)了泄漏。干氣密封的密封氣排放和油氣放空均有較大漏量，二級(jí)放空匯入軸承箱潤(rùn)滑油氣放空總管后去高點(diǎn)放空，二級(jí)排凝進(jìn)入潤(rùn)滑油回油總管回油箱。干氣密封漏量增大，將會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油的品質(zhì)、機(jī)組的潤(rùn)滑和機(jī)組振動(dòng)位移等帶來(lái)不良影響。

圖1 干氣密封系統(tǒng)

4 原因分析

本次干氣密封泄漏之后，查找對(duì)比了2013年同一機(jī)組，同一位置干氣密封發(fā)生泄漏時(shí)的故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)兩次泄漏的情況有本質(zhì)的區(qū)別，據(jù)此判斷兩次泄漏的原因和部位存在明顯的區(qū)別，所以必須加強(qiáng)監(jiān)控，擇機(jī)檢修。

2013年7月9日，工藝人員發(fā)現(xiàn)干氣密封一級(jí)放空壓力上漲至0.6 MPa，至7月25日壓力緩慢上漲至0.8 MPa，8月13日壓力緩慢上漲至1.2 MPa，二級(jí)排放壓力為0。三段機(jī)封一二級(jí)放空管和排放管外有冷凝水，一級(jí)排放管溫度約為15℃，二級(jí)排放溫度約為22℃，環(huán)境溫度33℃。機(jī)組一直監(jiān)控運(yùn)行，至8月13日因其他原因裝置停車(chē)檢修。

2013年8月停車(chē)檢修，拆解發(fā)現(xiàn)三段干氣密封外側(cè)梳齒密封油氣結(jié)垢嚴(yán)重，密封腔室及密封氣放空管線結(jié)垢嚴(yán)重，干氣密封密封面磨損，二級(jí)放空小孔局部堵塞。干氣密封送專(zhuān)業(yè)廠家拆解情況，靜環(huán)表面有大量黑色物質(zhì)附著，靜環(huán)工作表面有嚴(yán)重的磨損痕跡。動(dòng)環(huán)表面有大量棕色粉末附著，動(dòng)環(huán)工作表面有嚴(yán)重的運(yùn)轉(zhuǎn)磨痕。軸套表面與后置迷宮接觸的地方有明顯的磨損痕跡。彈簧座表面有大量黃色物質(zhì)附著，副密封位置的彈簧圈已經(jīng)部分熔化，并且表明有大量黑色物質(zhì)聚集。推環(huán)的工作表面處有嚴(yán)重的磨損痕跡。后置迷宮表面有大量黑色物質(zhì)附著，梳齒位置有嚴(yán)重的磨損痕跡。從干氣密封的拆解情況來(lái)看，密封面的磨損屬于正常的磨損，而密封面的正常磨損對(duì)泄漏壓力的影響是一個(gè)緩慢爬升的過(guò)程，所以設(shè)備具備長(zhǎng)期監(jiān)控運(yùn)行的條件。而今年8月23日發(fā)生的干氣密封泄漏，泄漏壓力呈階梯狀爬升，泄漏情況存在突變的不可控狀態(tài)，所以必須盡快進(jìn)行干氣密封更換檢修。

5 運(yùn)行及檢修

5.1 干氣密封監(jiān)控運(yùn)行

（1） 關(guān)注一級(jí)排放壓力，潤(rùn)滑油回油總管臨時(shí)放空管冒氣情況和壓縮廠房西北角放空管的泄漏氣體排放情況。關(guān)注密封氣進(jìn)氣壓力與平衡腔室壓力壓差PDIC41585，應(yīng)保證實(shí)際值指示在65～75 kPa之間，避免閥門(mén)波動(dòng)。

（2） 精心操作，維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，無(wú)大的工況變化不能調(diào)整轉(zhuǎn)速。

（3） 監(jiān)控潤(rùn)滑油上油、回油情況，每月分析潤(rùn)滑油的酸值、水分。

（4）加強(qiáng)對(duì)機(jī)組高壓缸的監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控振動(dòng)、位移、軸溫和泄漏量的變化情況，記錄在表格中，每2 h一次。如出現(xiàn)急劇上升（振動(dòng)±5 μm、位移±0.05 mm、軸溫±5℃），按機(jī)組緊急停車(chē)處理。

（5） 保持密封氣進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥PDCV41585旁路閥和一級(jí)放空壓力表排放閥保持開(kāi)度不變，應(yīng)在技術(shù)人員指導(dǎo)下進(jìn)行調(diào)整。

（6）如機(jī)組三段干氣密封一級(jí)排放壓力變化幅度劇烈（＞0.1 MPa/h），或達(dá)到0.8 MPa，及時(shí)匯報(bào)技術(shù)人員處理。

圖2

圖3

（7） 如機(jī)組軸承箱放空管?chē)娪?，立即緊急停車(chē)。

5.2 檢修

9月18日裝置因其他原因停車(chē)，對(duì)壓縮機(jī)止推測(cè)干氣密封進(jìn)行了更換，為盡快弄清密封損壞形式及指導(dǎo)今后的檢修及操作，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)密封進(jìn)行了簡(jiǎn)單的拆解，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及處理方法如下：

5.2.1 檢修發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

拆解之后發(fā)現(xiàn)，干氣密封整體較臟（見(jiàn)圖4）。干氣密封低點(diǎn)排放盲法蘭內(nèi)臟東西較多，有大量臟東沉積物（圖5）。密封面磨損，推環(huán)后面的10根彈簧有6根斷裂，其中有半圈就剩下1根彈簧（圖6）。

5.2.2 原因分析及處理

干氣密封較臟主要為密封面磨損下來(lái)的臟東西所致。干氣密封低點(diǎn)排放盲法蘭臟東西，主要是低點(diǎn)沒(méi)有排放，長(zhǎng)期沉積所致，處理措施在盲法蘭上開(kāi)孔配制排放閥門(mén)，定期排放。從干氣密封損壞的情況分析，泄漏量出現(xiàn)階梯式增長(zhǎng)主要為彈簧逐個(gè)斷裂，彈簧斷裂導(dǎo)致閉合力減小，閉合力減小導(dǎo)致氣膜厚度和泄漏量增大，氣膜厚度增大導(dǎo)致開(kāi)啟力減小，達(dá)到新的平衡，所以新的彈簧斷裂會(huì)導(dǎo)致泄漏量的階梯式增長(zhǎng)，達(dá)到新的平衡后泄漏量會(huì)維持一段時(shí)間。彈簧斷裂應(yīng)該發(fā)生在密封面磨損之前，彈簧斷裂主要為疲勞所致，與機(jī)組多次緊急停車(chē)有關(guān)，密封面磨損是因?yàn)閺椈蓴嗔阎?，密封面之間的氣膜不穩(wěn)定，導(dǎo)致密封面磨損。

處理措施：更換干氣密封，對(duì)低點(diǎn)排放盲法蘭增加排放閥，定期打開(kāi)閥門(mén)檢查是否積水積垢。

圖4 干氣密封臟

圖5 盲法蘭沉積物

圖6 干氣密封彈簧斷裂

6 結(jié)語(yǔ)

本次干氣密封泄漏，如果彈簧繼續(xù)斷裂，將可能導(dǎo)致干氣密封更大的損壞，引起壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子損傷，造成更大的設(shè)備損傷。從本次干氣密封泄漏對(duì)比2013年8月份干氣密封泄漏來(lái)看，損壞的形式和泄漏的現(xiàn)象有很大差別，不能單純的從泄漏量來(lái)估計(jì)監(jiān)控運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，必須仔細(xì)的觀察和收集泄漏的現(xiàn)象和細(xì)節(jié)，分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，據(jù)此給出運(yùn)行及檢修策略，才能保證既不會(huì)出現(xiàn)一泄漏就停車(chē)這樣的增加停車(chē)次數(shù)帶來(lái)的損失，也不會(huì)出現(xiàn)在監(jiān)控運(yùn)行時(shí)設(shè)備產(chǎn)生不可挽回的設(shè)備損失。