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21-K-2471密封泄漏原因分析

2023-06-21

王傳榮

摘 要:通過解析21-K-2471雙螺桿壓縮機(jī)浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理,結(jié)合檢修中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)的損壞形式,分析造成此壓縮機(jī)浮環(huán)密封泄漏的原因,為密封泄漏問題尋求積極的解決方法,對(duì)整個(gè)機(jī)組以至整個(gè)裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)具有重大意義。

關(guān)鍵詞:螺桿式;浮環(huán)密封;工作原理;泄漏;穩(wěn)定

1 引言

21-K-2471雙螺桿脫氫尾氣壓縮機(jī)是某廠苯乙烯裝置中脫氫單元的關(guān)鍵機(jī)組,由于壓縮機(jī)輸送的介質(zhì)中含有大量粗氫混合物,遇油易爆炸,所以壓縮機(jī)的密封一定要保障介質(zhì)與油分離。2009年和2011年都出現(xiàn)因密封泄漏而導(dǎo)致停機(jī)故障,嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn),所以要分析造成密封泄漏的原因,尋求解決故障的方法,保障裝置的正常生產(chǎn)。

2 浮環(huán)密封工作原理

2.1 密封結(jié)構(gòu)

浮環(huán)密封的實(shí)際安裝位置圖如圖1。

此壓縮機(jī)的密封共計(jì)4套,2種類型(高壓端密封與低壓端密封),高壓端密封在總長(zhǎng)度方面比低壓端密封長(zhǎng)32.5 mm,其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同。內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2。

2.2 浮環(huán)結(jié)構(gòu)

浮環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖如圖3。

此壓縮機(jī)的浮環(huán)密封環(huán)組每組都由4個(gè)1/4密封環(huán)組成(接口形式如圖3(d)),整體被一個(gè)長(zhǎng)彈簧繩捆在一起形成一個(gè)封閉的密封環(huán),這樣浮環(huán)可以徑向膨脹。軸向在密封腔體內(nèi)有約0.70 mm的間隙,由軸向小彈簧作為補(bǔ)償,一套散件如圖4。

浮環(huán)材料主要成分為填充石墨、聚四氟乙烯,具有良好的自潤(rùn)滑作用,有效減少開停機(jī)過程中磨損。圖3(a)圖的小彈簧可使浮環(huán)端面(密封線) 在開機(jī)前貼在級(jí)間隔板端面上,彈簧安裝在壓力高的一側(cè)端面上,如圖1所示,蒸氣進(jìn)氣室5的左、右,浮環(huán)上軸向彈簧安裝方向都是在蒸氣室5的一側(cè),同理氮?dú)膺M(jìn)氣室左右的彈簧安裝方向都朝向氮?dú)膺M(jìn)氣室。軸向彈簧的作用是保障端面密封的補(bǔ)償。

2.3 浮環(huán)密封的工作原理

如圖2中所示,靠近壓縮機(jī)內(nèi)部相鄰的5組浮環(huán)是密封介質(zhì)的;靠近潤(rùn)滑油箱側(cè)3組相鄰浮環(huán)是密封潤(rùn)滑油的;分別通入蒸氣(密封介質(zhì)側(cè))和氮?dú)猓芊鉂?rùn)滑油側(cè)) 作為密封氣,密封氣的壓力要求為15 kPa。下面分別闡述介質(zhì)密封與潤(rùn)滑油密封的工作原理。

2.3.1 介質(zhì)側(cè)的密封工作原理

如圖2,蒸氣通過進(jìn)入室5進(jìn)入汽封,進(jìn)入的蒸氣分為2個(gè)方向分流,一部分向機(jī)體內(nèi)部方向進(jìn)入,一部分向潤(rùn)滑油側(cè)進(jìn)入。向機(jī)體內(nèi)部進(jìn)入的蒸氣,一部分將浮環(huán)端面密封線推靠在級(jí)間隔板的密封面上,形成端面密封;一部分走徑向通氣槽,將浮環(huán)膨脹開,在浮環(huán)與軸套之間形成一定剛度的氣膜,將機(jī)體內(nèi)部向外流竄的介質(zhì)氣密封,這樣端面與徑向都形成有效的密封,由于機(jī)體內(nèi)部的介質(zhì)氣與蒸氣密封氣形成對(duì)壓,所以密封蒸氣不會(huì)進(jìn)入機(jī)體,臨末返回流向排污室6,進(jìn)入火炬管線;向潤(rùn)滑油箱側(cè)流竄的蒸氣,也被浮環(huán)節(jié)流、憋壓,形成密封壓力氣,端面的密封也被推靠形成端面密封,臨末在浮環(huán)與軸套之間也形成氣膜,蒸氣循環(huán)流入排污室6內(nèi)排向火炬。

2.3.2 潤(rùn)滑油側(cè)的密封工作原理

氮?dú)馔ㄟ^密封氮?dú)膺M(jìn)氣室7進(jìn)入汽封,也分為2個(gè)流向,向潤(rùn)滑油箱內(nèi)側(cè)流入的氮?dú)?,一部分氮?dú)鈱⒏…h(huán)端面密封線推靠形成端面密封,一部分氮?dú)庾咄獠郏瑢⒏…h(huán)膨脹開,在浮環(huán)與軸之間形成氮?dú)饷芊饽ぃ@樣有效的密封住潤(rùn)滑油向介質(zhì)側(cè)泄漏,另一個(gè)方向的氮?dú)馀c內(nèi)密封蒸氣一樣形成密封壓力氣,大部分(極少部分氮?dú)膺M(jìn)入油箱后,通過排氣管排出)都從排污室6排向火炬線。以氮?dú)鉃槊芊鈿獾牧硗庖粋€(gè)目的也是為了降低爆炸危險(xiǎn)性。

2.3.3 浮環(huán)與軸套間隙值取值

浮環(huán)與軸套之間在工作的過程中是有一定間隙的,這個(gè)間隙是由密封氣膨脹出來的,而靜止的狀態(tài)下,浮環(huán)與軸套之間無間隙,透光試驗(yàn)見圖5。

開機(jī)之前要通入密封氮?dú)馀c蒸氣,使浮環(huán)密封脹開,浮環(huán)的端面密封貼死,保障密封氣保壓,標(biāo)準(zhǔn)壓力為15 kPa。運(yùn)行過程中,浮環(huán)與軸套間隙

內(nèi)部充滿的密封氣,形成密封氣膜,在剛剛開機(jī)的時(shí)候,浮環(huán)與軸套會(huì)自動(dòng)對(duì)中,運(yùn)行穩(wěn)定后,基本與軸套同心,浮環(huán)與軸套并不接觸,所以浮環(huán)在運(yùn)行過程中不磨損。密?效果與浮環(huán)間隙有直接關(guān)系,從減少密封氣泄漏、提高密封效果來看,浮環(huán)密封運(yùn)行間隙值的選取范圍為

密封介質(zhì)側(cè)的浮環(huán)與軸套半徑間隙

S=(0.0005~0.0010) D

密封潤(rùn)滑油側(cè)的浮環(huán)與軸套半徑間隙

S=(0.001~0.0020) D

其中D為浮環(huán)公稱直徑(2471的浮環(huán)的直徑為355),單位為mm。

3 密封泄漏分析

21-K-2471尾氣壓縮機(jī)所采用的浮環(huán)密封在2009年竣工投入生產(chǎn)約45天之后就出現(xiàn)了微量泄漏現(xiàn)象,幾次非計(jì)劃開停車的過程中,密封磨損后,泄漏量持續(xù)增大,但是由于機(jī)組無備機(jī),所以一直利用增大密封氣壓力的辦法來實(shí)現(xiàn)密封。2011年4月7日非計(jì)劃停車,在開啟12 h后,?體與透平的各軸承潤(rùn)滑油油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油從油封處都出現(xiàn)大量泄漏現(xiàn)象,軸承箱回油管線視窗液位超過高報(bào),從排氣管中噴出大量油氣混合物,油路回油不暢,現(xiàn)場(chǎng)停掉氮?dú)?、蒸氣密封氣,油路才正常,這一點(diǎn)充分說明密封氣已經(jīng)大量竄入油箱,浮環(huán)密封泄漏,要進(jìn)行解體大修。

3.1 密封泄漏形式

在檢修的過程中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)磨損嚴(yán)重,出現(xiàn)斷裂及軸向固定小彈簧位置磨穿等缺陷。實(shí)物如下圖6與圖7。

通過圖6中可以明顯看出,密封的徑向密封面已經(jīng)磨損嚴(yán)重,密封浮環(huán)斷裂。圖7中軸向彈簧外露,也證明徑向磨損嚴(yán)重,圖8證明浮環(huán)與軸套之間間隙超標(biāo),浮環(huán)與軸套之間無法形成氣膜,浮環(huán)已經(jīng)失去密封的作用。

3.2 密封泄漏原因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,浮環(huán)與軸套的密封間隙已經(jīng)達(dá)到0.30 mm以上,且存在偏磨現(xiàn)象,完全超過標(biāo)準(zhǔn)值,這樣使密封氣竄到潤(rùn)滑油腔內(nèi)(蒸氣也會(huì)進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部),并隨潤(rùn)滑油一起進(jìn)入回油管線,造成潤(rùn)滑油回油不暢,從而導(dǎo)致整個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)循環(huán)不正常,使機(jī)組被迫停機(jī)。

3.3 浮環(huán)磨損的簡(jiǎn)因分析

(1) 運(yùn)轉(zhuǎn)密封氣供給出現(xiàn)故障,使密封氣壓力降低,密封氣流量減少,氣膜形成不理想,特別是在開停機(jī)過程中,氣膜形成不完全,或者形成的氣膜剛度不夠就會(huì)導(dǎo)致浮環(huán)與軸套直接磨損,甚至燒壞。

(2)由于機(jī)組檢修時(shí)裝配質(zhì)量問題或零件損壞,使浮環(huán)卡死,形成帶缺陷的氣膜,造成密封氣大量泄漏到油箱中;或者介質(zhì)竄入浮環(huán)密封腔中,形成結(jié)晶體,在開始運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候晶體與浮環(huán)發(fā)生嚴(yán)重摩擦(結(jié)晶體如圖6),造成密封泄漏。

(3)因?yàn)闄C(jī)組轉(zhuǎn)速是變頻的,所以當(dāng)裝置操作波動(dòng)大,即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速波動(dòng)過大時(shí),導(dǎo)致壓縮機(jī)流量波動(dòng)頻繁,也會(huì)影響浮環(huán)密封氣膜的形成,使得密封泄漏,如圖9。

4 保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行措施

4.1 定時(shí)檢查密封氣供給情況

密封氣的供給要時(shí)時(shí)穩(wěn)定,設(shè)有穩(wěn)壓閥,壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)閥及壓力表,做到定時(shí)檢查密封供給氣的壓力及溫度,時(shí)時(shí)掌握密封氣供給情況,當(dāng)溫度壓力發(fā)生變化時(shí)及時(shí)排除故障。

4.2 保障浮環(huán)密封裝備質(zhì)量

浮環(huán)密封是由多個(gè)零部件組成的,而且零部件的制造和安裝精度都要求很嚴(yán)格。如果不嚴(yán)格按技術(shù)要求檢查、安裝,就可能導(dǎo)致浮環(huán)密封工作不正常,甚至泄漏。所以在安裝時(shí)的注意事項(xiàng)有以下幾點(diǎn):

(1) 浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面必須研磨,保證端面接觸的嚴(yán)密性,接觸面達(dá)到90%以上。

(2) 控制好浮環(huán)與軸套的間隙(安裝時(shí)不可有間隙,做透光試驗(yàn)),確保可以形成氣膜。

(3) 浮環(huán)座“O”形橡膠圈不能重復(fù)使用,檢修時(shí)必須更換。

(4)保證浮環(huán)座端面與軸的垂直度、浮環(huán)座內(nèi)圓與軸的同軸度。

(5)組裝過程應(yīng)保持清潔,各密封表面、軸表面不允許有銹斑或灰塵雜質(zhì)。

(6)組裝時(shí)保證各密封面不被劃傷、碰破,不允許用工具敲打浮環(huán)和密封面。

(7) 檢查浮環(huán)是否符合以下要求:表面粗糙度在Ra0.8以上;圓度為φ0.02 mm以內(nèi)。

4.3 穩(wěn)定裝置操作

在壓縮機(jī)日常操作過程中,做到盡量減少調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的運(yùn)行工況,當(dāng)要調(diào)節(jié)壓縮機(jī)運(yùn)行工況的時(shí)候,一定要先調(diào)整好浮環(huán)密封氣的運(yùn)行壓力及溫度值,穩(wěn)定后再進(jìn)行調(diào)整機(jī)組。21-K-2471機(jī)組是由透平驅(qū)動(dòng)的,所以在運(yùn)行的過程中,一定要穩(wěn)定控制透平的入口進(jìn)蒸氣量,保障流量穩(wěn)定,這樣就能保障機(jī)組轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定,有利于保護(hù)浮環(huán)密封組的有效密封。

5 結(jié)語(yǔ)

以上從21-K-2471密封原理入手,分析此機(jī)組密封泄漏原因,提出保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行性措施,從而為機(jī)組密封的穩(wěn)定性提供了理論依據(jù),為壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ),更為整套?乙烯裝置的安全、高效生產(chǎn)提供了有力保障。

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