|
携手石化缘，共创未来！ 一、重整循环氢压缩机密封的改进1、机组简介 重整循环氢压缩机C-201机组是比利时雪佛龙石油公司己运行18年的二手设备，从1992年在我厂投产至今又运行厂12年。压缩机型号CLARK553B4，进排气压力1.14、1.87MPa，额定流量98 046M3/h，转速8 634r/min；凝汽式汽轮机型号Elliot SPBG5，进汽压力4.OMPa，额定功率2.285MW；机组润滑油正常压力0.15MPa，报警值0.085MPa，自保值0.056MPa，油气差压0.24 1O.02MPa，报警值0.12Mpa。 原机组密封为浮环密封，由于测绘维修达不到原装配水平，密封一直存在氢气向油侧泄漏的问题。为此，2000年6月与天津鼎铭公司合作用油膜螺旋槽+浮环密封替代原机密封。此密封也存在一些问题，在2000~2005年多次发生泄漏故障，在检修中都发现密封损坏及轴承轻微磨损现象。 2、密封泄漏原因分析 （1）密封机理 a.原密封结构(见图1)。 b. 密封原理（见图2）
图2所示为油膜螺旋槽面的作用力图。其中动环表面经研磨、抛光，螺旋槽深2.5~10μm。动环旋转时将螺旋槽内的密封油甩向外径，引起压力升高，形成液膜并有较高的液膜刚度，以防止密封面相互接触，保证密封稳定运转。 在正常运转时，密封的闭合力等于开启力。若受到外来干扰时间隙变小则缝隙内膜压增大，开启力大于闭合力使密封面间隙变大，此时又造成缝隙内膜压减小，开启力小于闭合力，密封面又合拢，造成密封工作波动。由分析可知，为了密封能很好工作，必须建立稳定的密封油压力，对于C-201离心式压缩机来说，由于是从双浮环密封改造而成，所以它将原来的一道浮环密封改造为油膜螺旋槽密封，而另一道浮环的位置则还用浮环密封建立良好稳定的密封油系统，以保证油膜螺旋槽的密封效果。 （2）密封泄漏的分析 a.密封设计上存在的问题。油膜密封要求其运行环境高度洁净，参考气气体颗粒<>
①单端面油膜螺旋槽＋浮环密封于2000年7月大修安装，安全运行3个月后，发现密封泄漏，且逐渐增大，低压端尤其严重。2001年4月底J-201离心式压缩机大修，拆除后发现低压端静环面磨损严重，后将低压端的端面比压调低，压缩量调正垫片降低到7.04mm，以确保其密封性能。但是试车时又发现低压端密封泄漏，后又对低压端定位轴套重新设计加工，安装后一次试车成功，安全运行1年。 ②C-201机组2004年7月按计划大修后试机，发现静态下注入封油，压缩机密封不漏，而开机时泄漏，经检查发现密封动环螺旋槽旋向不对，经调整后无效。停机拆检后发现静环与静环座的“O”型橡胶圈压缩率过大，此后车削了静环座，并对高、低压端密封的所有定距环进行了研磨，车削了锁母，装配完毕后，试车正常。 以上两起分析说明密封压缩比压、密封旋向及静密封“O”型橡胶圈压缩率大小对密封安装成功与否非常重要，因此对机组整个安装装配过程必须严格要求。
(4）油路辅助保障系统对密封的影响
①机组原设计油系统过滤容积为340L/min，最大工作压力为3.5MPa，改为油膜螺旋槽密封后，密封油的流量增加了40L/min，形成过滤能力不够。 ②原使用的毛线滤芯材料不过关，被润滑油浸泡后膨胀，致使过滤孔隙减少，过滤器压降增大。 ③参考气体进入密封之前没有过滤装置，进一步增大了过滤器的压降。 ④当备用泵自启动后总流量达到784L/min，过滤器的通流能力更达不到要求。 3、改进措施
2005年3月20~24日完成上述改进措施。3月24日开机运行至今，机组一直满负荷运行，密封处于历年来最好的运行状态。 二、干气密封在100万吨/年加氢循环氢压缩机上的应用1、 前言 中石化金陵分公司100万吨/年加氢裂化装置中的循环氢压缩机组C101由日本三菱重工生产的2BF-7x4型压缩机和4BL-2型汽轮机组成，机组于1986年启用，运行参数如下：处理量190000 Nm3/h，入口压力16.54，入口温度49℃，出口压力19.09，出口温度65℃，转速8000rpm。该压缩机轴端原采用浮环密封，由于该机组为加氢裂化装置的最关键设备，其运行的好坏将直接影响到装置的长周期安全运行，公司于2007年装置大修期间对机组进行改造，采用John Crane公司生产的28XP型干气密封系统替换原有浮环密封。 2、 干气密封的基本结构和原理 一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等零部件。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合，如图1所示
在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，如图2所示，左图所示动换可以双向旋转，右图所示动换只能单项旋转。本装置C101所使用的为可双向旋转动环。
随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图3所示。 图 3 干气密封受力示意图 闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。 如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。 类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。 这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。 通过以上结构的不同组合并配合辅助的密封可演化出用于实际工况的几种结构： （1）单端面干气密封，它适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况。 （2）串联式干气密封，它适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况。 一套串联式干气密封可看作是两套或更多套干气密封按照相同的方向首尾相连而构成的。与单端面结构相同，密封所用气体为工艺气本身。通常情况下采用两级结构，第一级（主密封）密封承担全部或大部分负荷，而另外一级作为备用密封不承受或承受小部分压力降，通过主密封泄漏出的工艺气体被引入火炬燃烧。剩余极少量的未被燃烧的工艺气通过二级密封漏出，引入安全地带排放。当主密封失效时，第二级密封可以起到辅助安全密封的作用，可保证工艺介质不大量向大气泄漏。 （3）带中间进气的串联式干气密封，如图4所示，本装置C101使用的就是此类型干气密封。它适用于既不允许工艺气泄漏到大气中，又不允许阻封气进入机内的工况。如果遇不允许工艺介质泄漏到大气中，且也不允许阻封气泄漏到工艺介质中的工况，此时串联结构的两级密封间可加迷宫密封。用于易燃、易爆、危险性大的介质气体，可以做到完全无外漏。如H2压缩机、H2S含量较高的天然气压缩机、乙烯、丙烯压缩机等。该结构所用主密封气除用工艺气本身以外，还需另引一路氮气作为第二级密封的使用气体。通过一级密封泄漏出的工艺气体被氮气全部引入火炬燃烧。而通过二级密封漏入大气的全部为氮气。当主密封失效时，第二级密封同样起到辅助安全密封的作用。
（4）双端面干气密封，它适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许阻封气（例如氮气）进入机内的工况，双端面密封相当于面对面布置的两套单端面密封，有时两个密封分别使用两个动环。它适用于没有火炬条件，允许少量阻封气进入工艺介质中的情况。在两组密封之间通入氮气作阻塞气体而成为一个性能可靠的阻塞密封系统，控制氮气的压力使其始终维持在比工艺气体压力高0.2~0.3MPa的水平，这样密封气泄漏的方向总是朝着工艺气和大气，从而保证了工艺气不会向大气泄漏。 1#加氢C101机组所用干气密封结构为带中间进气的串联式干气密封，如上图4所示；所用动环如上图2中左图所示，可以双向旋转。 3、C101干气密封系统组成 C101干气密封系统由John Crane公司设计安装，其密封组件包括旋转密封动环、固定的密封静环，其他辅助构件，如弹簧、轴套、O型圈、静环座等，外部组件包括仪表显示系统，主密封气过滤器，氮气过滤器，密封气分液罐，以及两台增压泵。其流程图如图5所示。
（1）主密封气系统 主密封气由循环氢压缩机C101出口引出，通过管路首先进入经过特殊设计的主密封气过滤器（K.O.过滤器）除去密封气中的浮质，该过滤器内自带有排污沉降室，密封气进入滤芯内侧流过滤芯，搜集的液滴向下流动贮存在沉降室中，通过压差变送器PDIT-1对过滤器的情况进行监测,液位信号LT-1对沉降器内液位进行监测。密封气过滤后通过密封进气压控阀PDIC24调节主密封气压力大于机体平衡管压力0.25MPa，进入两组双联过滤器，经过过滤器后分成两路，分别通过流量计FIT-1和FIT-2注入主密封腔。主密封气的正常流量为290标立/时，当流量低至145标立/时，增压泵将会自启。 （2）增压泵系统 该系统设有两台并联式增压泵，驱动气为0.8MPa氮气。增压泵自启条件为：主密封气流量小于145标立/时或主密封气压力小于0.03MPa；其停运条件为主密封气流量大于289标立/时或主密封气压力大于20MPa，这是保证干气密封不会损坏的一种措施，经增压泵增压后的密封气进入缓冲罐稳定后重新返回主密封气主管路上，以保持主密封气达到设计要求。此两台增压泵为同时启动，而不是一开一备，可以通过调节驱动气的压力来调节其速度。 （3）缓冲气和隔离气系统 缓冲气和隔离气均采用0.8Mpa氮气作为气源，经过氮气过滤器除去其中的杂质后分成两路。一路由手阀PCV-2控制压力在180KPa左右作为二级缓冲气，另一路由手阀PCV-3控制压力在80Kpa左右作为隔离气。注二级缓冲气的目的是为了防止工艺气进一步泄露，注隔离气是为了避免压缩机轴承的润滑油窜入干气密封而损坏干气密封。 （4）密封气泄漏放空系统 主密封气除部分进入机体外，一小部分仍将通过一级密封环漏出，和二级缓冲气混合后分别通过流量计FIT-5和FIT-6进入火炬系统，同时在主密封气排放管路的副线上设有爆破片，当主密封损坏，泄漏压力大于0.8MPa时，爆破片破裂，确保回路不会超压，同时启动压缩机联锁停车信号。 4、 实际生产中干气密封的运行经验总结 干气密封的结构特点决定了其在运行过程中必须时刻保持在干燥、洁净的环境中运行，必须尽量避免一切可能的污染。通过对分公司同类装置中干气密封事故的分析，现总结出几点可能对在运干气密封造成污染并损坏干气密封的例子。 （1）主密封气造成的污染 这种情况发生在密封气不够干燥、洁净时，干气密封厂家一般要求密封气干燥并且不含大于3μm的颗粒，分公司3#柴油加氢装置循环氢压缩机曾发生过此类事故，随着密封气的温度的降低，其密封气中所带的水汽在干气密封中析出累积，最终导致机组干气密封损坏。本装置也曾出现过此类事故的前兆，进入气温较低的季节时，我们发现主密封气分液罐积液明显增多，基本上间隔12小时就必须且液一次，现场测量进入压缩机前后干气密封的主密封气温度仅有35°C，结合厂家提供的露点曲线，我们及时对裸露在空气中的干气密封管线增加伴热保温，之后实测进入干气密封的主密封气温度明显上升，达到70°C，同时主密封气分液罐液位再也没有明显上升，干气密封运行平稳。 （2）介质气体的污染 此情况主要发生在密封气流量或压力不足时，密封气难以阻止内部介质气流动，造成介质气和密封环接触从而污染了干气密封，一般在机组启动瞬间和停车过程中易发生此类事故。针对可能出现的这一情况，本装置干气密封特增加了2台增压泵，在机组启动时，能通过增压泵对主密封气进行增压，时刻保持主密封气的流量和压力，从而保护干气密封。 （3）轴承润滑油造成的污染 此情况发生在隔离密封失效时，润滑油沿压缩机轴流入干气密封，对于有二级缓冲气的串联式干气密封来说，二级缓冲密封首先受到污染，如果此时隔离密封不能及时恢复，主密封也将随之受到污染而损坏。因此我们在机组启动前，必须先通入隔离氮气并确认注入机组内，然后才能启动润滑油泵进行跑油，机组正常运转中，我们也必须加强对隔离气的监控，保证任何时候隔离气都能始终有效，避免润滑油进入干气密封造成污染。 5、 结语 实际生产中，通过实施以下措施，此套干气密封运行质量有了明显的提高，干气密封事故率为零，确保了装置的长周期运行。 （1）任何时候都要保证密封气干燥和洁净，对干气密封管线进行伴热保温，定期检查干气密封系统管路是否带液、积液，脱液罐及时且液，保证干气密封的运行环境。 （2）平稳操作，避免操作大幅波动，杜绝频繁开、停车，否则极易带造成介质气带液，增加干气密封受污染的几率。 （3）开机前，一定要先注入隔离氮，然后才能跑润滑油。 本文素材来源网络，不准确地方欢迎纠正（石化缘整理，转载请注明） |
|
|
