二氧化碳压缩机高压缸平衡腔压力高原因分析

潘绪磊

（重庆建峰化肥有限公司，重庆 408601）

0 引言

重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司第二套尿素装置采用二氧化碳气提工艺，装置内二氧化碳压缩机采用日本HI原TACHI公司设计生产的离心式压缩机，型号为2MCH606+2BCH306/A，高压缸为多级离心式内外筒结构，密封结构为迷宫密封和干气密封相结合，四段配有平衡盘平衡轴向力，并且平衡管与三段入口相连接。

1 存在的问题

高压缸平衡腔的压力应是三段入口的压力。正常工况三段入口压力应为1.93 MPa左右，根据密封气的设计原理，密封气压力应比平衡腔压力高，且根据设计要求四段密封气压力应大于平衡腔压力（30～40）kPa，密封气的供气压力为（1.96～1.97）MPa。

2012年原始开车时，三段入口的压力一般控制在2 MPa（表）左右，四段平衡腔压力一般为2.35 MPa（表），比设计压力高了近0.4 MPa。为了保证干气密封正常运行，不得不将密封气压力调至2.38 MPa以上，这样只有将密封气系统调节阀开度100%并开副线才能满足要求，而且使干气密封使用工况发生改变，缩短使用寿命。

至2016年，平衡腔压力已升至2.7 MPa，5月后上升为3 MPa，同时高压缸四段径向轴承振动由25滋m增大至39滋m，11月高压缸主推轴承温度由92℃快速上升至107℃。通过调整机组工况，平衡腔压力、轴承振动及主推温度无明显变化。

2 原因分析

2.1 轴承磨损致使平衡毂气封磨损

2016年5月，检查高压缸前后径向轴承，抬轴法复查轴承间隙：四段为0.4 mm，三段为0.23 mm（技术要求（0.1～0.14）mm），前后径向轴承磨损，三段径向轴承底部瓦块经测量磨损量 0.12 mm，四段径向轴承底部瓦块经测量磨损量0.34 mm（图 1）。

图1 高压缸径向轴承

由于轴承磨损，转子中心下移，平衡毂接触磨损平衡毂气封，使其密封间隙增大，泄漏量增大。

2.2 平衡毂气封设计问题

平衡毂气封为剖分式梳齿密封，但剖分面间隙过大，在安装位置测量单边间隙约0.9 mm，且外圈或封头位置无O形环等密封设计（图2）。

图2 平衡毂气封

这样间隙在运行过程中就会形成泄漏通道，气封不能发挥良好的“迷宫效应”。同时，安装位置无有效密封，也会发生泄漏。

3 处理措施及效果

3.1 轴承磨损处理

由于轴径发生电化学腐蚀，造成轴径表面粗糙度不能达到使用要求（图3）。

为保证转子的正常继续使用，对接地电刷更换，防止再次发生腐蚀现象。同时对轴径进行手工抛光处理，由于轴径达到暗光泽面粗糙度Ra要求0.1滋m，而现场手工抛光最大可以达到Ra0.4滋m，为减少轴承的磨损应尽量避免开停车。然后更换轴承瓦块，并库存备用以备使用。

3.2 平衡毂气封改进

迷宫式密封是在密封腔和旋转轴之间，由一组密封齿片形成一系列有规则的节流间隙和膨胀空腔，通过介质的黏性摩擦以及能量的转化，产生逐级节流效应，从而实现密封。而平衡毂气封剖分面间隙减弱了密封效果。

图3 转子轴径

厂家在设计时考虑到热膨胀的问题，所以必须留有一定的间隙。经过计算，固体线热膨胀公式见式（1）。

式中 吟L——固体伸长量，mm

吟t——温度的变化量，℃

a——线膨胀系数

L——固体在正常温度的长度，mm

气封为圆环状，取直径为计算长度，外圆直径248 mm；正常温度为20℃，运行时为111℃；气封材料为铝合金，查相关资料系数为 23.8伊10-6℃-1。则吟L抑0.54 mm。

根据现场测量，运行时气封剖分面单边存在0.46 mm的较大间隙。由于封头安装位置比较宽松，热膨胀时有一定外部空间，所以运行时气封剖分面单边间隙比0.46 mm更大些。

对平衡毂气封进行改进，即保持其他尺寸不变的情况下减小剖分面间隙，考虑到运行时热膨胀量及不可计算值，将单边间隙缩小至0.1 mm。在保证安装的情况下，使气封运行时剖分面尽量完全贴合，消除泄漏通道。由于气封为剖分式，在外圈增加密封较为困难，暂不考虑。

3.3 效果

机组开车后，平衡腔压力稳定在2.2 MPa，较原来有很大降低，同时密封气系统在调节阀开度由原来的100%降到68%，且副线全关的情况下，依然能够保证干气密封气压差。

4 结论

通过轴承问题的处理和平衡毂气封的改进，平衡腔压力高问题得到有效改善，密封气系统操作恢复正常，干气密封运行工况得到改善并延长了使用寿命。