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合成蒸汽流量計低壓缸幹氣密封流量增加原因分析

合成蒸汽流量計低壓缸幹氣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,合成蒸汽流量計低壓缸幹氣密封一級泄漏氣流量有持續走高的趨勢並逐漸接近報警值,已威脅機組的平穩運行和公司的穩定生産。因此探究幹氣密封的使用規律、采取正確的維護手段顯得尤爲重要。
2 合成蒸汽流量計组工艺流程介绍
合成蒸汽流量計主体由透平汽轮机、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。合成蒸汽流量計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 合成蒸汽流量計组干气密封工作原理介绍
合成蒸汽流量計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
合成蒸汽流量計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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公司決定利用2018年7月大修機會檢查壓縮機低壓缸的低壓端和高壓端的幹氣密封內部情況。機組停車後降溫合格、停盤車、停油路系統,維修人員打開軸端密封大蓋後,抽出幹氣密封組件發現一級密封氣部位有大量黑色碳粉(見圖4)。
6 干气密封使用中造成密封积碳、失效的原因
在壓縮機開機前,必須將一次密封氣、二次密封氣、隔離氣投用,並控制好密封氣壓差和供氣流量,才能確保機組沖轉後有充足的幹氣密封氣源,使動環旋轉後形成足夠剛度的氣膜,防止動、靜環幹摩擦燒毀密封面。由于幹氣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
既然開停車次數過于頻繁是導致幹氣密封失效的主要原因,我們無法幹預外界因素,但是作爲操作人員應該從減少低速盤車時間和低速暖機的時間著手去解決問題。既要縮短開車前主蒸汽管線暖管時間又要保證暖管質量,打開全部就地導淋和消音器放空閥、微開主蒸汽副線閥進行暖管在控制升溫升壓速率不超標情況下盡早打開主蒸汽大閥進行暖管。
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)每次停車後保持熱井補水閥非常大流量流通以將缸體內熱量盡快帶走,進而及早停止軸封蒸汽和盤車。
2)每次停車後將主蒸汽閥門關閉、全開就地導淋和消音器放空從而降低缸體溫度。
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月幹氣密封廠家技術人員本次對幹氣密封組件進行更換,合成氣機組幹氣密封運行一直平穩正常、各項指標均在正常範圍內,機組運行穩定。
8 结束语
頻繁的開停車,特別是觸發聯鎖緊急停車後,對幹氣密封的損傷較大,這就需要嚴格控制頻繁的開停車、在停車期間的規範維護中應避免以上可能導致幹氣密封失效的因素發生,從而增強幹氣密封的安全保障。針對該壓縮機存在的問題進行完善,從而爲企業帶來了經濟效益。
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