陜西渭河煤化工集團一期合成氨壓縮機組由美國德萊瓦公司設計制造。該機組由中壓凝汽式透平和低壓缸壓縮機以及高壓缸壓縮機依次串聯組成。設備運行時，由氨冷器釋放出的氨氣經氣液分離后（0.072MPaA）經氨壓機低壓缸壓縮后，壓力升為0.344MPaA；低壓缸出來的氨氣經氨壓機高壓缸一段壓縮后，壓力升為0.621MPaA，經水冷器冷卻氣液分離后，進入氨壓機高壓缸二段壓縮壓力升為1.804MPaA，最后送入氨冷凝器。

 

　　1.原浮環密封存在的問題

 

　　【壓縮機網】該機組軸端密封原采用的是浮環油膜密封，密封油長期與工藝介質氨氣接觸，且油中帶有少量水份，實際運行中導致潤滑油品質快速下降，潤滑油過濾器頻繁高報，濾芯上有膠狀物質，油品分析不合格，軸瓦溫度高，軸振動高，且非常容易造成后系統工藝氣含油，對裝置的運行帶來極大的隱患。前期裝置已經兩次由于氨氣壓縮機潤滑油品質惡化被迫停車，給公司帶來較大的經濟損失。

 

　　2.干氣密封改造工作

 

　　2.1.干氣密封工作原理

 

　　干氣密封屬非接觸式密封，特別適合作為高速高壓條件下的大型離心式壓縮機的軸封。干氣密封由動環、靜環、彈簧、O形環、軸和組裝套等組成。動環端面精加工出一定數量的螺旋槽，螺旋槽開頭近似對數螺旋線。干氣密封旋轉時，密封氣體周向吸入螺旋槽內，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動，而密封堰節制氣體流向中心，于是氣體被壓縮引起壓力升高。此流體膜層壓力企圖推開密封，形成要求的氣膜，氣膜形成的開啟力與由彈簧力和介質作用力形成的閉合力達到平衡，于是密封實現非接觸運轉，達到密封目的。

 

　　2.2.改造過程

 

　　2.2.1 新裝干氣密封結構

 

　　根據本氨壓機的的工況及機械結構，在不對原機主進行大改動前提下，確定采用帶中間迷宮密封的串聯式干氣密封，由兩套干氣密封一前一后串聯組成，前后干氣密封之間設有中間梳齒。前密封承受工藝氣的全部壓力，密封介質為壓縮機高壓缸出口引入的工藝氣；后密封承受很小的壓力，密封介質為氮氣。前密封失效時后密封可以承受全部系統壓力，起到備用密封的作用。串聯式干氣密封的密封氣為經過過濾的工藝氣，經過一級干氣密封，只有很少量的工藝氣隨同絕大部分二級密封氣經一級泄漏出口排向火炬。中間二級密封氣采用氮氣。在大氣側有隔離保護氣，防止軸承潤滑油竄入影響干氣密封性能，隔離氣采用氮氣。

 

　　2.2.2 選材及槽型

 

　　動環是干氣密封的關鍵零件，高速旋轉的動環離心力非常大，比重大的材料離心力大；比重小的材料離心力小。本次選用無壓燒結碳化硅，其比重只有傳統硬質合金的四分之一，離心力大大減少，且碳化硅耐熱沖擊性能良好、摩擦系數小、導熱系數高。動環密封端面采用阿基米德螺旋槽，其優點是：氣膜剛度大，穩定性比較好，能適應該機組的各種工況。

 

　　靜環采用特種石墨烯，該材料具有強度高、自然潤滑性好、耐高溫等特點。

 

　　2.3.改造過程及遇見問題的處理措施

 

　　2.3.1 干氣密封氣氣源

 

　　該氨氣壓縮機啟動前，缸體需要進行氮氣充壓置換，最終壓縮機出口壓力與緩沖氣壓力相同，但干氣密封啟動時所需的一級密封氣壓力大于緩沖氣壓力，此時壓縮機出口壓力不能滿足干氣密封啟動條件，強行啟動會造成干氣密封損壞，因此引用外網氮氣作為開車氣源，保證機組啟動時的密封氣供應。二級密封氣由外來低壓氮氣管網供應，在低壓氮氣供應不足時，采用氮氣鋼瓶作為氣源，保證二級密封正常供應。另外，為了保證隔離氣供應，備用配置了儀表氣管線，在無低壓氮氣的情況下，使用儀表氣作為隔離氣，保證干氣密封端面不被潤滑油污染。

 

　　2.3.2 一級密封氣過濾器壓差高

 

　　干氣密封配管完成、吹掃后進行試運行時，一級密封氣過濾器壓差達到120kPa，高于設計報警值100kPa。拆開過濾器，濾芯干凈無雜物，排除了管線吹掃不合格的原因。后與設計方溝通將一級密封氣與緩沖氣壓差設計值進行調整，壓差略有降低，但仍不能滿足干氣密封運行的要求。在機組運行正常后，嘗試將過濾器切換為單組運行，壓差達240kPa，由此確認過濾器設計過濾面積偏小。設計方重新設計了過濾器，擇機更換后單組運行壓差一直保持在40kPa左右。

 

　　2.3.3 氨氣壓縮機組惰走時間過長

 

　　干氣密封在1000r／min以下運行時，密封端面產生的氣膜不足以使動、靜環分開，致使動、靜環產生摩擦，損壞干氣密封。一期氨壓縮機由于汽輪機主汽門漏汽，在停車時轉子的惰走時間很長，而且轉速大多在1000r／min以下，可能會損壞干氣密封。采取停止真空系統方法減少惰走時間，使轉子盡快停下來，避免對干氣密封的損壞。

 

　　3.改造結果

 

　　通過對密封方式的改變，防止工藝氣對潤滑油破壞。改造前、后的潤滑油分析數據顯示油品運行質量有了明顯提高。且干氣密封改造后，停運了密封油供油系統、浮環內側污油回收處理系統和密封油控制系統。減少了設備的維修率、自控儀表的故障率，杜絕前期工藝介質帶有微量油的情況。

 

　　4.改造后干氣密封維護

 

　　應該保證密封氣干凈干燥，潤滑油運行前必須先投運密封氣，盡量避免或減少轉子在1000r/min下運轉。裝置停車大修時，根據前期使用情況，必要時拆檢干氣密封，發現問題及時維修處理。

 

　　5.結語

 

　　離心壓縮機采用浮環密封時，由于浮環密封的特性，必然使工藝氣帶油，且密封的運行需要一套單獨供油系統。將密封改為干氣密封，操作方便，排除浮環密封存在的問題，保證了裝置穩定運行。改造后經過3年多的運行，期間多次開停車，目前干氣密封運行良好，證明改造是成功的。以后的運行中，應加強對干氣密封的維護工作，保證機組的安全、穩定運行。

 

　　參考文獻

 

　　[1] 胡大永，段忠昆，馬建和.干氣密封在離心壓縮機上的應用 {J}，河北化工.2008（7）：44-46

 

　　[2] 張軼華，吳朝福.干氣密封改造后的維護運行[J].大氮肥，2011年9月第34卷增刊2，168-171頁