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合成蒸汽流量计低压缸干气密封流量增加原因分析

合成蒸汽流量计低压缸干气密封流量增加原因分析

时间:2019-11-07 11:09:39
摘 要 :介绍串联式干气密封结构及工作原理,分析造成低压缸干气密封一级泄漏气流量增大的原因及解决方法。
1 概述
中海石油华鹤煤化有限公司“3052”装置生产规模为年产30万 t 液氨、52万 t 大颗粒尿素。自 2015年 6月投产至2018年7月,合成蒸汽流量计低压缸干气密封一级泄漏气流量有持续走高的趋势并逐渐接近报警值,已威胁机组的平稳运行和公司的稳定生产。因此探究干气密封的使用规律、采取正确的维护手段显得尤为重要。
2 合成蒸汽流量计组工艺流程介绍
合成蒸汽流量计主体由透平汽轮机、压缩机低压缸、压缩机高压缸三部分组成,均由日本三菱公司生产制造,压缩机低压缸将液氮洗单元送来的新鲜合成气进行压缩。压缩后的新鲜合成气,在高压缸与合成单元返回的循环合成气混合压缩至14.25MPa、56.9℃,以294 393m 3 /h 的流量送合成单元进行合成氨反应。合成蒸汽流量计驱动装置汽轮机的抽汽系统,为蒸汽管网提供4.3MPa、437℃、50.4t/h 的过热中压蒸汽。排汽由表冷器冷凝后形成合格的蒸汽冷凝液,经加压送往水处理单元回收再利用。
3 合成蒸汽流量计组干气密封工作原理介绍
合成蒸汽流量计轴端密封使用的是由约翰克兰(JOHNCRANE)公司生产的串联式螺旋槽干气密封。螺旋槽干气密封的结构如图1所示。
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在密封面上加工有一定数量的螺旋槽,其深度一般为3μm。随着动环组件的旋转,螺旋槽里的气体被剪切,从外缘流向中心(即低压侧),而密封堰对气体的流出有抑制作用,限制气体流向低压侧,使得气体流动受阻,气体压力升高,这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开 ;当气体压力与弹簧恢复力平衡后,维持一个非常小的间隙。气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩,在槽根部形成局部的高压区,使端面分开形成一定厚度的气膜,使得在一般动力运行条件下端面能保持分离、因此不易磨损。闭合力 F C 是气体压力和弹簧力的总和。开启力 F O 是端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在正常的平衡条件下闭合力 F C = 开启力 F O ,运行间隙约为3μm ;如果由于某种干扰使密封间隙变小,则端面间压力就会升高这时开启力 F O > 闭合力 F C ,端面间隙自动加大直到平衡为止。如果某种干扰使密封间隙增大,则端面间压力就会降低这时闭合力 F C > 开启力 F O ,端面间隙会自动减小直到新的平衡为止,见图2~ 图4。 [1]
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4 干气密封流程介绍(以低压缸为例)
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4.1 一级密封气流程
正常运行时机组高压缸出口气(开车前用高压氮气、停车用增压泵气)经过滤器 F1和 F2(过滤精度1μm),再经气动薄膜调节阀PDCV04419将压力稳定在高于平衡管压力0.1MPa,然后经流量计 FI04405、FI04406下游的节流阀将流量控制在164m 3 /h 分别进入低压缸低压端的一级密封腔和低压缸高压端的一级密封腔,一级密封气绝大部分经机组迷宫密封返回到机内,阻止机内气体外漏污染密封,少量气体经过密封端面泄漏至一级密封排气腔。
4.2 二级密封气流程
0.45MPa 氮气经过滤器 F4和 F5(过滤精度1μm)后分为四路,其中两路作为二级密封气源分别经流量计 FI04482、FI04483进入二级密封腔 ;大部分二级密封气经中间迷宫后与一级密封泄漏气混合后放火炬,少量经二级密封端面泄漏后安全放空。
4.3 隔离气流程
0.45MPa 氮气经过滤器 F4和 F5过滤后再经自励式调节阀将压力稳定在0.15MPa 的另外两路经音速孔板分别进入低压缸低压端的隔离气室和低压缸高压端的隔离气室,一部分经后置迷宫的前端后与二级密封端面泄漏气体混合,引至安全地点放空 ;另一部分经后置迷宫的后端,通过轴承回油放空口就地放空,此部分气体是为了阻止润滑油污染密封端面。
4.4 放火炬气流程
一级密封泄漏气与大部分二级密封气混合经流量计FI04407、FI04408 后 放 火 炬。 当 一 级 密 封 损 坏 时 流 量 计FI04407、FI04408数值增加。当二级密封损坏时,流量计FI04407、FI04408数值减少(见表1)。
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5 干气密封运行存在问题及处理措施
合成蒸汽流量计低压缸干气密封一级泄漏气流量自2015年4月原始开车至2018年6月有持续走高的趋势,如果不及时采取措施任凭其继续增加会给机组运行带来隐患,严重时会发生联锁跳车事故。
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公司决定利用2018年7月大修机会检查压缩机低压缸的低压端和高压端的干气密封内部情况。机组停车后降温合格、停盘车、停油路系统,维修人员打开轴端密封大盖后,抽出干气密封组件发现一级密封气部位有大量黑色碳粉(见图4)。
6 干气密封使用中造成密封积碳、失效的原因
在压缩机开机前,必须将一次密封气、二次密封气、隔离气投用,并控制好密封气压差和供气流量,才能确保机组冲转后有充足的干气密封气源,使动环旋转后形成足够刚度的气膜,防止动、静环干摩擦烧毁密封面。由于干气密封是以企业微信截图_20191107111250.jpg动压力迫使密封面脱离接触,而低速旋转产生的动压力却不能使密封面分离,所以机组要确定达到能使密封面分离所需动压力的转速以上。频繁的开停车必然要经过长时间的极低盘车(25r/min)和低速暖机(l 000r/min)。据统计合成气机组自2015年6月至2018年7月运行期间,已经开停车已接近30次,每次开车前的主蒸汽管线暖管需要进行1.5h、停车后透平缸体温度降至50℃需要进行盘车8.5h、低速暖机需要2h,累积时间达到360h以上,在以上工况期间转子都处于低速旋转状态,可见动环与静环长时间处于干摩擦状态,由此找到了密封失效原因。
经过以上分析可以得出,碳粉的形成就是干气密封的动环与静环磨损造成的。由于动环材质是硬质合金碳化钨、静环材质是碳化硅,动环硬度大于静环硬度,静环被磨损产生碳粉,碳粉遇液体或者气体中重组分物质黏结在静环的 O 型圈上,阻碍静环的运动造成卡涩,进而造成低压缸干气密封一级泄漏气流量自原始开车以来持续上升。此现象印证了当一级密封损坏时流量计 FI04407、FI04408数值增加这一说法。
7 解决方法及效果
既然开停车次数过于频繁是导致干气密封失效的主要原因,我们无法干预外界因素,但是作为操作人员应该从减少低速盘车时间和低速暖机的时间着手去解决问题。既要缩短开车前主蒸汽管线暖管时间又要保证暖管质量,打开全部就地导淋和消音器放空阀、微开主蒸汽副线阀进行暖管在控制升温升压速率不超标情况下尽早打开主蒸汽大阀进行暖管。
如果机组处于极冷态启机低速暖机时间可以控制在1.5h以内 ;如果机组处于冷态启机低速暖机时间可以控制在1h 以内。如果机组处于热态启机低速暖机时间可以控制在0.5h以内。
1)每次停车后保持热井补水阀非常大流量流通以将缸体内热量尽快带走,进而及早停止轴封蒸汽和盘车。
2)每次停车后将主蒸汽阀门关闭、全开就地导淋和消音器放空从而降低缸体温度。
3)非常为重要的是在机组停车1h 内采取连续盘车方式,随后在透平缸体降至50℃以前采取间断盘车(0.5h 盘车5min)的方式。
4)2018年7月干气密封厂家技术人员本次对干气密封组件进行更换,合成气机组干气密封运行一直平稳正常、各项指标均在正常范围内,机组运行稳定。
8 结束语
频繁的开停车,特别是触发联锁紧急停车后,对干气密封的损伤较大,这就需要严格控制频繁的开停车、在停车期间的规范维护中应避免以上可能导致干气密封失效的因素发生,从而增强干气密封的安全保障。针对该压缩机存在的问题进行完善,从而为企业带来了经济效益。
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