趙啟輝

（神華寧夏煤業(yè)集團烯烴一分公司，寧夏 銀川 750411）

1 情況介紹

寧煤集團煤基烯烴項目是寧東化工基地規(guī)劃建設的重點項目，主要是由氣化裝置、四合一裝置、MTP裝置、聚丙烯裝置、動力站裝置和空分裝置等組成的，總占地面積192 hm2，項目總投資約180 億元。

丙烯壓縮機組為德國西門子公司生產(chǎn)的三段離心式壓縮機，低溫甲醇洗裝置與MTP置提供冷媒，是整個工藝流程中的核心關鍵設備。丙烯為易燃易爆介質(zhì)，壓縮機采用Flowserve公司生產(chǎn)的單旋向螺旋槽串聯(lián)干氣密封作為該離心壓縮機的軸端密封，如圖1所示。

2 現(xiàn)場問題與排查

2014年1月14日23：10分，丙烯壓縮機組因蒸汽系統(tǒng)問題停車，經(jīng)過約7 min時間機組轉(zhuǎn)速降至0 rpm，在此時壓縮機非驅(qū)動端干氣密封首級密封氣排放壓力PT5204參數(shù)（黃線a606PT5204C）顯示為10 kPa左右（圖2），主密封排放壓力PT5204觸發(fā)排放壓力低低聯(lián)鎖值，無法再次啟動壓縮機組。在二級密封進氣流量相同的條件下，非驅(qū)動干氣密封的一級排放壓力為0.01 MPa，與驅(qū)動端 0.203 MPa相差較多，當壓縮機停車時，驅(qū)動端干氣密封各參數(shù)顯示正常，此時一級排放的氣體成分主要為二級進氣。在保證驅(qū)動端和非驅(qū)動端干氣密封二級供氣流量均為25 kg/h，對干氣密封一級排放口進行確認，非驅(qū)動端干氣密封一級排放口基本無氣體排出、二級排放口氣體排放量約為驅(qū)動端干氣密封二級密封氣排放量的2倍。初步分析壓縮機非驅(qū)動端干氣密封已損壞。解體后發(fā)現(xiàn)，干氣密封主要密封部件損壞嚴重（圖3）。

圖1 干氣密封單級基本結構

圖2 丙烯壓縮機干氣密封參數(shù)趨勢

隨后對機組轉(zhuǎn)速趨勢再次詳細地進行檢查發(fā)現(xiàn)停車過程出現(xiàn)機組轉(zhuǎn)速 “降”“ 升”“降”3個過程，速度首次從2800 rpm降至0 rpm用時10 s、隨后機組轉(zhuǎn)速再次由0 rpm升到1300 rpm、隨后壓縮機組轉(zhuǎn)速再由1300 rpm緩慢地降到0 rpm。整個過程轉(zhuǎn)速從2800 rpm降至0 rpm、0 rpm升至1300 rpm、再從1300 rpm降至0 rpm合計用時7分2秒，同時壓縮機防喘振閥門均出現(xiàn)多次動作，分析機組在停車時出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)。

3 螺旋槽干氣密封工作原理與密封損壞原因分析

螺旋槽干氣密封工作原理實際上是一種潤滑氣膜流體的動、靜環(huán)結合型非接觸式機械密封與氣體阻塞密封的有機結合。動環(huán)為表面精加工出螺旋槽并研磨、拋光處理，槽深2.5 μm～10 μm，螺旋槽的型線有對數(shù)螺旋線。

靜止狀態(tài)時，動靜環(huán)相對靜止，靜環(huán)在系統(tǒng)介質(zhì)靜壓力和彈性元件彈力的合力作用下將靜環(huán)緊貼在動環(huán)上，該合力成為動靜環(huán)閉合力Fc。

在運行狀態(tài)時，在動環(huán)旋轉(zhuǎn)方向，清潔的氣體流經(jīng)逐步收縮的螺旋槽 （圖5） ，在被壓縮的同時受密封堰的阻礙，氣體壓力逐漸升高將動靜環(huán)推開，稱為開啟力Fo （圖6），成為流體動壓力。

圖3 干氣密封解體零部件狀態(tài)

圖4 螺旋槽密封動環(huán)端面

圖5 螺旋槽干氣密封流體動壓示意圖

圖6 干氣密封動態(tài)受力圖

機組在一定轉(zhuǎn)速運行時，動靜環(huán)閉合力Fc與動靜環(huán)開啟力Fo之間達到平衡狀態(tài)，即Fo=Fc，在動靜環(huán)之間形成具有一定厚度和剛性的氣膜，實現(xiàn)穩(wěn)定運行的非接觸式密封。

但丙烯壓縮機組停車過程存在倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，此時因動環(huán)對氣體泵效應無法形成，干氣密封動靜環(huán)開啟力Fo趨近于0，動環(huán)與靜環(huán)始終在動靜環(huán)閉合力Fc作用下處于閉合狀態(tài)，動靜環(huán)間缺少足夠剛度的氣膜，直接摩擦出現(xiàn)損壞，造成干氣密封泄漏。

4 處理措施

利用停車計劃對壓縮機出口止回閥進行維修，保證其在機組停車時不發(fā)生泄漏問題；將干氣密封動環(huán)密封槽形式由螺旋槽改為T型槽，保證機組在正反向轉(zhuǎn)動時動靜環(huán)之間均能形成穩(wěn)定的氣膜，避免動靜環(huán)直接接觸磨損。改造后，機組運行至今再未出現(xiàn)過停車期間干氣密封損壞的情況。

5 結語

本次干氣密封動環(huán)密封槽改型徹底解決了壓縮機停車過程因倒轉(zhuǎn)造成機組干氣密封損壞的問題，保證機組長周期穩(wěn)定運行，減少機組干氣密封故障的檢修次數(shù)，為裝置帶來巨大的經(jīng)濟效益。