氮气压缩机汽轮机油封泄漏原因分析及处理

赵贵富，卜素萍，张瑞成

（中海石油天野化工股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010070）

氮气压缩机汽轮机油封泄漏原因分析及处理

赵贵富，卜素萍，张瑞成

（中海石油天野化工股份有限公司，内蒙古呼和浩特 010070）

介绍氮气压缩机驱动汽轮机油封泄漏的原因和处理方法，采取提高密封空气压力这一措施后，收到了良好的效果。

汽轮机；油封泄漏；润滑油压；油箱背压；回油孔堵塞；密封空气压力

1 概 述

中海石油天野化工股份有限公司年产300 kt合成氨、520 kt尿素装置是上世纪90年代初成套引进的。提供3．4 MPa（A）、5．25 MPa（A）氮气的氮气压缩机由凝气式汽轮机驱动。汽轮机由德国西门子公司制造，正常转速11 429 r／min，蒸汽流量37．4 t／h，进／出口蒸汽压力10．0／0．0124 MPa（A），主蒸汽温度490℃，正常功率9 846 k W，级数为19级。

主蒸汽经起危急遮断作用的主汽阀和由505调速器控制开度的调节阀后进入汽轮机，高温高压蒸汽冲动转子做功，最终在末级叶轮处成为乏汽而排出，进入合成氨四大机组共用的表面冷凝器的壳程，在负压下被循环水冷凝，冷凝液由冷凝液泵加压后送往各相关单元。

来自于3．9 MPa（A）蒸汽管网与主汽阀泄漏的蒸汽汇合后的蒸汽，作为轴封蒸汽，经压力调节阀控制压力为20 kPa（A）后进入汽轮机两端缸体的汽封腔，然后由汽轮机两端轴封蒸汽放空管排至大气。

供给氮气压缩机组的润滑油分别进入汽轮机与压缩机的高、低压侧，润滑、冷却各止推轴承与径向轴承，经过各润滑点后进入润滑油回油总管，进而返回油箱。由仪表空气总管来的仪表空气进入氮气压缩机组，经自力式调节阀调节压力后，流量为48 m3／h，分为用量基本相同的4股送往汽轮机与压缩机出、入口端4个轴端气封腔作为密封空气，其中约40%漏入轴承箱后随润滑油一起回到油箱。

2 氮气压缩机汽轮机存在的问题

2012年2月4日发现氮气压缩机汽轮机高压侧冒烟，检查确认是高压侧轴承箱油封处润滑油泄漏，被转子旋转甩到汽轮机高温处所致，临时采取了拆除部分罩壳和保温棉，制作接油槽将漏油引流，接氮气吹除稀释防止着火的措施。到了2月12日，油烟明显增大，漏油有进一步扩大的趋势，存在引发火灾的风险；以上措施已不能确保该设备的安全稳定运行，装置面临着停车检修的困境。

3 原因分析

为了确定油封泄漏的具体原因，对各方面可能引起泄漏的因素进行了认真仔细的分析和排查。

3.1 工艺方面

（1）润滑油压。润滑油压长期未进行过调整，稳定在0．17 MPa（G）左右，可以排除因油压上涨导致轴承箱中油位升高进而顺油封渗漏的因素。

（2）密封空气。密封空气压力由自力式调节阀控制，自原始开车以来从未改变过该工艺参数，同样不会造成油封泄漏。

（3）油箱背压。工艺方面唯一可能的影响因素就是油箱背压升高导致回油不畅。虽然回油视镜液位没有明显变化，我们仍然对每个可能影响背压的因素进行了确认及检查、调整。首先加强对油温的控制，使其处于指标允许范围的低限，降低油箱和轴承供油温度；其次专门对油雾风机进行了检查，没发现有打量不好的现象，同时，还对油雾风机出口阻火器进行了排查，没有发现明显的异常。此外，还采取了油雾风机出口孔板孔径由原来的15 mm扩大到25 mm、在油箱顶部的安全排放口加装临时风机抽油烟降低背压的措施，同样没有收到明显的效果。

3.2 设备方面

通过对工艺方面可能导致油封漏油因素的逐一排除，最终将目光集中到了设备本身上。氮气压缩机汽轮机轴承箱油封采用直通型迷宫密封，为轴向剖分结构，安装在轴承箱壳体所车出的沟槽中，设有3级依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成截流间隙与膨胀空腔，泄漏油在迷宫中流动时，一方面因惯性影响而产生收缩，流束截面减小；另一方面因粘性而产生摩擦使流速减慢、流量降低，从而达到密封的目的。在油封环的下方相邻梳齿之间，钻有5个径向排油孔，使可能积聚的润滑油流回到轴承箱中。密封空气则通入油封环最外侧的气封槽中，用作汽封和油封之间的隔离气，防止蒸汽进入润滑油中使油中带水而发生乳化变质现象。

了解了油封的结构，就可以判断出油封泄漏的可能原因：一是受汽缸辐射热的影响，轴承箱或油封膨胀变形；二是油封梳齿磨损；三是油封回油孔堵塞。现场实测与汽轮机高压缸相邻一侧轴承箱壳体温度为85℃，不会导致油封变形，可排除热膨胀的影响。距离上次停车汽轮机已连续稳定运行了4个多月，不大可能出现梳齿突然严重磨损的情况，这一因素也可以排除掉。汽轮机已3 a没有对油封进行过检查清理，回油孔被油泥或积炭堵塞的可能性很大，因此，最终确认回油孔部分堵塞是油封泄漏的主要原因。

4 处理措施

原因找到了，问题如何解决又成了一道难题。不到万不得已，装置停车进行检修显然是不现实的，只能从工艺调整上来想办法缓解甚至消除泄漏。降低油箱背压方面已经做了很多工作，没有收到多少效果，已无继续做文章的必要。虽然降低润滑油供油压力可能会对缓解油封泄漏有一些好处，但同时也可能带来轴瓦温度升高的负面影响，权衡利弊还是决定以不进行调整为宜。摆在面前可供选择的方法只有一个，就是通过提高密封空气压力的方法来解决问题。

密封空气压力原设计值为1．5 k Pa（G）。密封空气进入气封后充满腔体并经过梳齿后向轴承箱两边流动扩散，如果提高密封空气压力，向轴承箱外流动扩散气体量的增加对设备没有不良影响，通过油封梳齿后向轴承箱内流动时则会对轴承润滑状况带来较大影响。可通过计算来确定其影响到底有多大。

在亚音速流动、低压情况下迷宫密封的泄漏量采用斯托道拉公式计算［1］：

式中：QT——理论泄漏量，m3／h；

S——梳齿缝隙断面积，m2；

R——气体常数；

Ti——间隙出口处密封介质的绝对温度，K；

z——梳齿数；

pi——间隙入口密封介质绝对压力，MPa；

p0——间隙出口密封介质绝对压力，MPa。

轴承箱内压力基本上为常压，即p0可视为常压；汽轮机入口侧气封正常消耗空气约12 m3／h，其中漏入轴承箱的空气约5 m3／h。通过计算可知，如果密封空气压力增大十倍，即增大到15 k Pa（G），通过油封梳齿进入轴承箱内的气体量约为原来的4．7倍，即24 m3／h；油箱油雾风机设计出口流量为430 m3／h，则增加的气量为6%，不会超过其110%的工作余量，同样也不会使背压升高而导致回油受阻。

为了稳妥起见，具体实施时采取了分步进行的方法。由于调整原密封空气减压阀会使汽轮机与压缩机出、入口端密封空气压力均升高，操作上有很大难度，只能另寻合适的气源。为此，将原高压侧密封空气管线断开，从氮气压缩机一段出口1．2 MPa（G）的压力表导淋新配氮气管线、减压阀到原密封空气管碰口。投用时，在通过新安装在该管线上的压力表观察密封空气压力、油封漏油情况的同时，缓慢提高密封空气压力。随着密封空气压力的逐渐提高，油封漏油量也逐渐减小；当密封空气压力提到10 k Pa（G）时，油封彻底地不再向外漏油。

5 结束语

采取提高密封空气压力这一措施后，收到了良好的效果，机组安全稳定运行至今已1 a有余。虽然油封泄漏的真正原因有待于在汽轮机检修时进行验证，但这一问题的在线解决，无疑为今后类似问题的处理积累了有益的经验，提供了一种新的思路和方法。

［1］吕瑞典编．化工设备密封技术［M］．北京：石油工业出版社，2006：140～146．

Nitrogen Compressor Turbine Seal Leakage Causes and Treatment

ZHAO Gui-fu,Bu Su-ping,ZHANG Rui-cheng
（Tianye Chemical Co．，Ltd of CNOOC，Hohhot Inner Mongolia 010070，China）

Describe the causes of oil seal leakage in the turbine driven by the nitrogen compressor and it？s treatment．After increasing the sealing air pressure，the sealing effects are good．

turbine；oil seal leakage；lubricating pressure；lubricating oil tank backpressure；lubricant reflux hole plugging；sealing air pressure

TK263．8

B

1003-6490（2014）01-0027-02

2014-01-10

赵贵富（1972－），男，内蒙古呼和浩特人，工程师，在中海石油天野化工股份有限公司化肥一部从事技术管理工作。