STC-SV10-7-A合成气压缩机干气密封损坏分析

2013-08-25朱白钦何希顺鲁世军

设备管理与维修 2013年3期

朱白钦何希顺鲁世军

作者通联：河南龙宇煤化工有限公司机动部河南永城市侯岭乡 476600

E-mail：zhubaiqin@126.com

一、引言

年产50万t甲醇装置，其合成工序流程是从来自低温甲醇洗装置净化气和来自氢回收装置的新鲜原料气，通过合成气压缩机进行升压，在甲醇合成塔内进行催化反应，部分合成气态甲醇，再经冷却、冷凝、分离出粗甲醇产品，送往甲醇精馏工段，未反应的气体经合成气压缩机升压后进入合成回路循环利用。合成气压缩机由德国西门子制造，型号 STC-SV（10-7-A），是由汽轮机驱动的离心式压缩机，一缸两段七级叶轮结构。第一段为新鲜气压缩段，由六级叶轮组成；第二段为循环段，由一级叶轮组成；干气密封为德国伯格曼设计制造，由于机组工作介质为合成气，采用两级串联式干气密封。

二、干气密封工作流程

正常运行过程中，合成气压缩机排出的部分工艺气体（8.2MPa，71℃）或在开停车过程中由界区来的高压氮气（8.1MPa，经PV-15337减压为6MPa），作为密封气气源，经过第一级密封气过滤器后，进入压缩机两侧的第一级密封端面，在密封面上形成密封气膜，以防止压缩机内的工艺气体进入密封，密封端面上正常向外产生的少量工艺泄漏气，经压力控制后去火炬燃烧。自界区来的8.1MPa左右的氮气，经第二级密封气过滤器过滤后，再经过PCV-15329控制压力为0.6MPa，然后进入第二级密封气端面，正常向外泄漏的少量氮气被引出至安全处放空。自界区来的低压氮气（0.4MPa）经PCV-15337控制压力为0.14MPa，然后进入压缩机轴端的密封函内，对轴承的润滑油进行隔离。

三、干气密封损坏现象

2012年4月由于系统工况波动，造成蒸汽量紧张，合成气压缩机被迫紧急停车。随后重新启动合成气压缩机组，运行过程中，合成气压缩机一级密封驱动端泄漏气压力PIT15332突然从245kPa下降到0，一级密封非驱动端漏气压力PIT15333出现振荡波动，5min后，PIT15333瞬间达到600kPa,机组联锁跳车。机组停车后，一级密封非驱动端漏气压力PIT15333指示为150kPa（在正常范围内），但一级密封驱动端漏气压力PIT15332仍旧为0。

四、原因分析

（1）现场拆卸，发现有干气密封损坏碎末，依据干气密封一级密封驱动端漏气压力为0，怀疑干气密封驱动端二级密封损坏。

图1 拆下的干气密封

（2）委托专业维修厂家维修，对干气密封解体检查（图 1）。驱动端一级密封摩擦副整体完好，但有严重磨损，二级密封摩擦副全部碎裂，二级动环座及大气侧弹簧座均受到碎块冲击，其中动环座已经无法修复，大气侧弹簧座原件修复，重新配座静环防转销及推环，密封外表面附着有大量黄色颗粒状沉积物。

非驱动端密封一级摩擦副整体完好，端面也有较严重磨损，二级密封摩擦副完整，但端面磨损较严重，推环已经变形，必须重新制造推环。

（3）损坏原因分析。密封已运转三年多，试车初期合成气压缩机频繁启停。从设计角度讲，频繁启停必然会影响密封的使用寿命。密封为德国伯格曼产品，其摩擦副为硬对硬设计，即碳化硅动环对表面喷涂DLC减摩层的静环。该设计是非常成熟的，但从大量的使用经验来看，频繁的启停对密封的损伤要大于传统的硬对软设计的损伤。频繁启停机组会使端面短时间接触，易造成DLC涂层脱落，一旦涂层脱落就会导致端面出现随机性干磨损，使端面工作环境恶化。

从密封解体情况来看，密封外表面都有黄色的沉积物，推测是工艺气倒灌，即工艺气中带醇所致。这种倒灌，主要发生在机组紧急停车而没有外部高压气源注入的时候。此次虽然不是因为一级密封失效而导致的联锁，但是一级密封气的端面也已经受到较严重的磨损，失效也只是时间问题。此次二级密封突然失效，也主要是由于二级密封本身的工作压力较低，其气膜刚度低于一级，多次启停更易造成不可修复的损伤，直至导致密封端面瞬时干摩擦，动环碎裂。