楊祥龍

(中國能源建設集團科技發(fā)展有限公司，天津 300120)

1 引言

在眾多天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠中，天然氣調壓站多采用增壓機來滿足燃機前置模塊的壓力、溫度和流量要求。離心式增壓機有處理氣量大、運轉可靠性強、運行效率高、結構緊湊等優(yōu)點，使其成為諸多燃氣發(fā)電的優(yōu)先選擇。某電廠使用3臺德國曼透平公司生產的四級離心式天然氣增壓機，在實際使用過程中全部3臺增壓機均發(fā)現(xiàn)多個干氣密封損壞問題。通過對故障干氣密封的分析及處理，采取適當?shù)募夹g措施，有效避免再次出現(xiàn)類似故障，降低維護成本，提高設備可靠性。

2 干氣密封系統(tǒng)介紹

2.1 干氣密封結構

離心式壓縮機的干氣密封是一種采取非接觸方式實現(xiàn)氣體密封的處理技術。德國曼透平公司生產的四級離心式增壓機的干氣密封件位于軸承和壓縮機級之間，是一種串聯(lián)式干氣密封。干氣密封的旋轉部分牢牢地安裝在軸上，靜止部分連接到增壓機外殼，防止增壓機在高壓高轉速的運行狀態(tài)下天然氣泄漏到大氣中。

其結構組成如圖1所示。

圖1 干氣密封結構

2.2 干氣密封工作原理

干氣密封的彈簧組將可做軸向移動的靜止滑環(huán)壓在旋轉的動環(huán)上，當密封動環(huán)的轉動速度達到一定的轉速時，靜止滑環(huán)克服彈簧力向后移動，這樣在兩個密封面上形成并維持一定的密封間隙，在這個間隙里形成一個穩(wěn)定的氣膜，密封動環(huán)在這個間隙里的氣膜上無接觸地滑動[1]。

氣膜厚度一般為幾微米，穩(wěn)定的氣膜可以使密封端面的間距保持一定的密封間隙，間隙太大，密封效果變差；而間隙太小會使密封面發(fā)生接觸。因干氣密封的摩擦熱不能散失，端面間無潤滑接觸將很快引起密封端面變形，從而使密封失效。氮氣通過密封間隙時靠節(jié)流和阻塞的作用而被減壓，從而實現(xiàn)氣體介質的密封[2]。

增壓機啟動運行時，從其天然氣出口管道的抽氣經(jīng)過一組過濾器的過濾，由流量調節(jié)閥調節(jié)壓力、流量后進入首級密封進氣室，通過動靜滑環(huán)之間的密封間隙后排入大氣。

次級密封和分離氣的氣源為濃度大于98%的氮氣。進入干氣密封前的氮氣同樣需要過濾器的過濾處理。次級密封氣體進入進氣室后排入大氣，并且部分次級密封氣體進入首級密封的排氣通道與首級密封氣體混合，目的是在首級密封出現(xiàn)故障或損壞時防止工藝氣體逸出。

分離氣將密封腔與軸承區(qū)域完全隔離，防止軸承中的油滲入到干氣密封。

3 干氣密封故障現(xiàn)象及原因分析

結合某電廠現(xiàn)場經(jīng)驗，干氣密封出現(xiàn)故障運行不穩(wěn)定，會出現(xiàn)增壓機某一壓縮級的首級密封排氣壓力升高報警，甚至達到保護設定值導致增壓機跳機。有時也會出現(xiàn)其排氣壓力遠低于正常值的現(xiàn)象，或者出現(xiàn)滑油箱的負壓消失，甚至變?yōu)檎龎旱默F(xiàn)象。具體原因分析如下：

(1)檢查壓力變送器及設定值正常后，出現(xiàn)排氣壓力異常的原因往往是干氣密封的彈簧組出現(xiàn)卡澀，靜止滑環(huán)無法移動到正常位置導致。在現(xiàn)場可以分別關閉首級與次級密封進氣手動閥，檢查首級密封排氣壓力的值，判斷是首級密封還是次級密封的彈簧組出現(xiàn)問題。潤滑油進入干氣密封形成油漬，天然氣中烴類物質及水分進入干氣密封，或者密封供氣中有雜質，都會導致彈簧組出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象。

(2)出現(xiàn)油箱負壓異常這種現(xiàn)象，首先檢查油系統(tǒng)。排除油系統(tǒng)發(fā)生故障后，油箱負壓變小的原因就是分離氣進氣壓力過高，導致大量氮氣隨著潤滑油回油管道進入油箱。也有可能是干氣密封的碳環(huán)損壞，次級密封的氮氣進入到分離氣當中，在此電廠，增壓機次級密封進氣壓力設定為2.01 bar，而分離氣壓力設定為0.2 bar，因此也會導致分離氣壓力過高，從而使氮氣進入油箱使其負壓變小甚至變?yōu)檎龎骸?/p>

4 干氣密封故障處理及預防措施

4.1 干氣密封故障處理

當某電廠增壓機出現(xiàn)上述故障現(xiàn)象后，停止機組運行，打開增壓機本體排污閥，有大量液體流出，停止排煙風機運行后打開油箱端蓋，有大量氮氣溢出。因此判斷干氣密封彈簧組有卡澀現(xiàn)象，其分離氣壓力可能過高。在現(xiàn)場采用了以下方法進行處理：

(1)在增壓機停止運行時向轉子轉動的反方向手動盤車，帶動干氣密封反方向旋轉，可能會使彈簧組暫時恢復正常。重復數(shù)次操作后觀察密封排氣壓力。

(2)若仍舊無法恢復正常，則關閉所有的密封排氣手動閥，對增壓機系統(tǒng)充入氮氣，壓力達7 bar以上，然后打開增壓機放散閥，放散的同時進行手動盤車，重復數(shù)次后觀察密封排氣壓力。

(3)檢查油系統(tǒng)正常后，再檢查分離氣進氣壓力是否變大，調整壓力調節(jié)閥開度使其恢復到正常范圍，然后觀察油箱負壓的變化。

(4)為了確定次級密封是否也存在問題，停運機組潤滑油泵，關閉分離氣后，拆卸次級排氣管線法蘭。如果驅動端與非驅動端的次級排氣管線都沒有氣體逸出，則說明次級密封完好。

采取以上方法后，增壓機密封排氣壓力高的故障短時恢復正常，機組正常運行一段時間后密封排氣壓力又再次升高，增壓機跳機，油箱負壓有變大的趨勢，但沒有完全恢復正常。在這種情況下，判斷干氣密封部件有損壞現(xiàn)象。拆解檢查后發(fā)現(xiàn)彈簧組有大量銹跡，碳環(huán)斷裂，而且干氣密封里有大量的液體。最后經(jīng)過清理、更換備件，重新安裝后運行正常。

4.2 預防措施

通過對故障現(xiàn)象的分析處理，總結事故經(jīng)驗教訓，為避免再次出現(xiàn)類似問題，造成設備損壞和維修成本的增加，在日常運行維護中可以采取以下措施：

(1)在增壓機停機期間，對系統(tǒng)進行充氮保養(yǎng)，維持壓力在0.2bar以上，防止外界潮濕空氣進入管道內部造成金屬銹蝕。

(2)在增壓機長期停機期間，每周手動盤車一次，每次旋轉轉子180°，即可以防止大軸彎曲變形，也可以防止干氣密封發(fā)生卡澀。

(3)按時記錄密封天然氣及氮氣過濾器差壓，定期檢查過濾器的濾芯，當差壓升高或者濾芯有破損現(xiàn)象時及時更換。

(4)在增壓機停機后對增壓機腔室及管道進行排污，排盡系統(tǒng)內部的液體。

(5)啟動輔助潤滑油泵前必須打開氮氣進氣閥對分離氣供氣。停止輔助潤滑油泵運行后，不要立即關閉氮氣，觀察回油視窗，待回油完畢后再關閉氮氣[3]。

(6)此電廠制氮機沒有除油裝置，進入干氣密封的氮氣無法保證潔凈度的要求，后期建議增加合理的高效除油裝置。

(7)此電廠增壓機前的天然氣處理單元僅有一組凝聚式過濾器，無法完全保證天然氣的潔凈度要求，而且沒有天然氣溫度調整控制裝置。在天然氣供氣溫度低于正常范圍時，無法對其進行調整應對，機組只能在天然氣溫度低報警的狀態(tài)下運行。當天然氣溫度降至烴露點及水露點以下時，便會有液體凝結析出[4]，進入到增壓機內部，影響機組運行安全。后期建議增加合理的天然氣加熱裝置。

通過采取以上技術措施，現(xiàn)場設備實現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運行，未再發(fā)生異常，針對現(xiàn)場問題，廠家技術人員正在分析，進一步修改設備說明書中相關部分。

5 結論

(1)在系統(tǒng)設計階段，要充分了解現(xiàn)場實際情況，嚴格按照相關國家標準及行業(yè)規(guī)范設計，保證系統(tǒng)設計的合理性。

(2)在日常運行維護中采取適當?shù)募夹g措施，可以避免干氣密封出現(xiàn)故障，增加設備使用壽命，減少維護成本。

(3)當干氣密封出現(xiàn)故障時，認真分析故障現(xiàn)象，可以參考本文提出的措施進行處理。