二氧化碳压缩机

2024-08-01

二氧化碳压缩机（共4篇）

二氧化碳压缩机篇1

0 引言

我国能源结构为多煤少油缺气, 以煤为原料的化工业在国民经济中占有很大比重, 近几年许多大型的煤头化肥项目相继投产。在煤制化肥装置中, 离心压缩机[1]是各个工段的核心设备, 其运行情况代表着整个装置的状况。在化肥工艺中, 压缩机主要有气化工段的空分压缩机、净化工段的制冷压缩机、合成工段的合成气压缩机、尿素工段的二氧化碳压缩机;而二氧化碳压缩机又被誉为“最难开车的压缩机”, 在装置投产前, 往往是最难攻克的一个关口。本文着重阐述在尿素装置中如何使其顺利开车。

1 二氧化碳压缩工段简介

尿素工段是化肥工艺流程[2]中的下游工段, 上启氨合成工段, 下接造粒工段。这个阶段中, 来自于二氧化碳压缩机的高压CO2气体, 在尿素合成塔中与来自于氨泵的高压液氨进行反应, 生成低浓度的尿液;尿液经分解、蒸发、造粒, 最终得到尿素成品。

合成尿素用的CO2气体主要来源于水煤气 (煤气化所得) 或者通过变换工艺 (CO+H2OCO2+H2) 得到, 经过低温甲醇洗、解吸等进入二氧化碳压缩机[3]系统进行压缩, 一般压缩机入口温度在30℃左右、压力大约在0.13MPa (A) , 一般压缩机出口压力达到15.5MPa (A) 左右。CO2气体进入二氧化碳压缩机前, 有一个容积很大的水洗塔, 压力在0.25MPa (A) 左右 (不同的工艺流程压力不同, 这里只选取一个代表) ;有的工艺设计是在变换工段至水洗塔管路上设置放空调节旁路阀V1, 在水洗塔至压缩机管路上设置调节阀V2。预先设定V2的压力值, 当高于设定压力时, 放空阀V1开大;低于设定压力时, V1关小, 一直维持V2压力值。还有一种工艺不设置阀门, 水洗塔压力靠压缩机入口实现背压, 中间只考虑足够的管道压力降[4]。

尿素装置中的二氧化碳压缩机具有高压比、高压差、高功率、高转速、高压力、高温度的特点, 在离心机械设计中有很大的难度[5]。以300kt/a合成氨、520kt/a尿素装置为例 (其二氧化碳压缩机组流程见图1) , 压缩机入口大约在0.12~0.2MPa (A) , 最终出口压力在14.1~16.1MPa (A) 之间, 压比最高达到134, 这是其他离心压缩机少有的。据工艺需要及CO2本身物性, 压缩机分为4段、双缸布置, 低压缸一般是水平剖分式, 2段、7级叶轮背靠背布置;高压缸一般是垂直剖分式, 2段、6级叶轮背靠背布置。

段间温度都比较高, 一般在180℃以上。需要注意的是, 在气动设计阶段, 要充分考虑介质物性和压缩机构件特点, 使压缩机效率尽量高。两缸之间通过增速机实现变转速连接, 高压缸转速可以达到12 000r/min以上, 应尽量选取高效叶轮, 以提高压缩机整机效率[6]。在二氧化碳压缩机系统中, 据不同工艺会有脱硫、脱氢过程, 并且脱除装置压损都很大, 可达0.15MPa, 设计时要充分考虑。二氧化碳压缩机介质分子量大约在42, 段间压差很大, 如第三段与第四段压差可达7.0MPa;在高密度、高压差情况下, 高压气流通过规则的密封空隙回流到低压侧, 形成一个固有频率。这个振动激励会施加在压缩机上, 从而影响到整个转子的振动形式, 在现场会以轴振动过高形式体现出来。在设计阶段, 可以通过采用密封孔隙不规则的蜂窝密封来避免气隙激振。一般经过水洗塔过来的CO2工艺气体会含有一定量的饱和水, 而在进入压缩机前会有一定的压降, 从而使少量水析出;液态水与CO2结合会生成碳酸, 对碳钢具有腐蚀性, 所以, 对与工艺介质接触的风筒法兰、隔板形成的流道及常温状态下的管路, 要采用耐腐蚀材料或者做相应处理, 避免长时间运行后导致机器损坏。

2 现场开车过程及注意事项

2.1 暖机时间

在暖管结束, 冲转成功后会调整蒸汽透平转速到暖机转速800~1 000r/min, 时间不宜太短, 据不同蒸汽透平厂家要求会有所不同, 一般在15~45min;如果时间过短, 蒸汽透平受热不充分, 在冲转过临界转速时会使机组振值超高而跳车[7]。

2.2 冲转过临界阶段

蒸汽透平、压缩机低压缸、增速机、压缩机高压缸, 这四个设备串在一起, 有四个临界转速区域, 其范围比一般机组要大, 在这个阶段要尽量增加升速速率。一般情况下, 蒸汽透平出厂时提供的升速曲线只考虑机器本身性能, 升速速率比较低, 并不适应实际情况。开车人员要根据不同机组, 增大升速速率, 以便快速越过临界转速区域, 尽量避免四个临界转速区的振幅相互叠加。在调试阶段, 蒸汽透平的转速经常出现不稳定状况, 导致升速过程中转速波动过大, 此时要人为调整主汽阀的PI, 使转速尽量稳定。

开车过程中, 还要注意的一个问题是, 压缩机高压缸的轴向位移及推力轴承温度。推力轴承的工作状态是按照正常运转来设计的, 即压缩机四段入口在9MPa (A) 、四段出口在15MPa (A) 左右。而在开车调试越临界时, 压缩机出口放空阀会打开、两路防喘振阀全开, 此时四段出口如果不人为干预的话, 压力会在0.12MPa (A) 左右, 而四段入口压力会在1.5~2MPa (A) , 这就可能导致压缩机出口压力低于入口压力, 出现反压, 直接体现在轴向推力及推力轴承温度上。所以, 在越临界阶段, 要人为操控出口放空阀, 保证出口压力高于入口压力, 同时观测轴向位移及推力轴承温度。

2.3 稳定调节阶段

当越过临界转速区, 达到蒸汽透平调速下限的时候, 需要平稳升速。此时首先把主汽阀的PI调整到合适值, 目的也是稳定转速。在这个阶段, 转速尽量每次提升500r/min后停顿30min, 以观测机组情况, 如各项指标正常则继续升速, 一直达到设计值。

2.4 机组升压阶段

越过临界转速区, 进入蒸汽透平调速下限时就可以逐渐关闭防喘振阀, 为机组升压。在这个阶段要精细操作。众所周知, 因CO2本身物性, 所有尿素装置中二氧化碳压缩机的性能曲线都比较陡, 即工作范围没有小分子量物质压缩机那么宽, 现场调节时需要关注更多参数。因为开车初期防喘振阀处于全开状态, 二氧化碳压缩机入口气量大部分来自于防喘振回流, 只有少部分来自上游工艺, 此时要通过阀门的控制逐步实现气体导入, 而操作范围比较窄, 所以操作阀门时尽量减小幅度, 如果阀门动作过大, 很有可能直接进入喘振区, 导致防喘振阀全开。另外, 由于后续系统并没有完全打通, 如果上游气量一直增加, 那么这部分气体需要通过机组系统后面的放空阀排掉, 因此, 不仅手动控制防喘振[8]阀的动作要小, 并且同时还要控制出口放空阀开度。如防喘振阀开度关小10%, 那么放空阀开度就要增大10%。随着前工序气体完全导入压缩机, 防喘振阀开度基本在15%以下, 出口放空阀开度在85%~90%, 此时再关小放空阀, 压缩机出口压力[9]会逐步升高, 直至达到系统设定值。

2.5 导入后续尿素工段

CO2与高压液氨在10MPa (A) 下即可发生合成反应, 所以当压缩机出口压力在10MPa (A) 时就可以尝试导入后续尿素合成塔。此时要控制进氨量, 如果按照CO2∶NH3=1∶2的比例, 塔内温度会升高, 压力会维持不变。通过现场观察, CO2或者液氨任意一种工质过量, 塔内压力均会升高, 温度会降低。在这个阶段, 要控制二氧化碳压缩机出口放空阀开度及进入尿素合成塔的高压液氨流量, 尽量控制反应完全进行, 最终目的是使压缩机出口放空阀完全关闭, 压力升高到15MPa (A) 左右, 在这个压力下, 尿素合成反应速率最高。

2.6 辅助设备

二氧化碳压缩机在停车之后重启时, 需要派人去现场看一下高压缸干气密封[10]控制盘。因为高压缸干气密封主密封气[11]取自高压缸出口, 压力在15MPa (A) , 温度120℃左右;而停车后外界环境会使干气密封控制盘温度降到40℃左右, 此时CO2会凝结成干冰, 一旦不加处理直接开车, 很有可能会损坏密封。所以, 重启时应该去现场观察, 一般在控制盘前面的双联过滤器上会有凝结水出现, 用手摸控制盘进入压缩机间的连接管路会感觉有凉意, 据具体情况可用便携式温度计测量;如果控制盘中压力很高, 可以通过开导淋阀泄压。为了防止有干冰进入密封而导致损坏, 此时可以用现场高温蒸汽或者电加热器加热控制盘及管线, 使干冰汽化。

2.7 停车反转

在实际生产中, 经常会有停车后压缩机反转损毁密封的事故。主要原因是, 停车后压缩机出口有很高的能量储备, 在短时间内不能卸除, 通过压缩机内部由出口倒流至入口, 冲击叶轮, 带动机组反转, 从而毁坏密封。在尿素装置中, 二氧化碳压缩机高压缸最终出口后面是一个大容积的尿素合成塔, 停车后可能会积聚足够的能量;但是在压缩机出口会设置单向阀、防喘振回路以及放空阀, 可以缓冲这部分能量, 在实际中因为尿素合成塔发生的反转基本没有。此外, 高、低压缸之间的脱硫、脱氢反应器, 在停车时也会积聚足够高的能量, 如果没有防护措施, 极易造成反转。在装置设计中, 设计人员要考虑这个问题。

3 结语

二氧化碳压缩机开车有其自身的特点, 通过了解压缩机本身的特性, 了解整个工艺流程的特点, 并根据具体工艺流程特点不断调整压缩机的开车方式, 可以很好地解决二氧化碳压缩机开车中遇见的问题, 从而使整个尿素装置顺利开车。参考文献:

参考文献

[1]黄钟岳, 王晓放编著.透平式压缩机[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[2]张双全主编.煤化学[M].北京:中国矿业大学出版社, 2004.

[3]徐忠主编.离心式压缩机原理[M].北京:机械工业出版社, 1990.

[4]严家騄编著.工程热力学 (第四版) [M].北京:高等教育出版社, 2006.

[5]石永强, 王维民, 宁喜, 等.离心压缩机叶轮振动特性仿真及试验研究[J].风机技术, 2012, 54 (5) :27～30.

[6]李富成主编.流体力学及流体机械[M].北京:冶金工业出版社, 1980.

[7]白晖宇, 朱瑞, 孟光.透平压缩机转子系统常见振动故障分析及处理[J].风机技术, 2012, 54 (4) :85～88.

[8]田盛, 冯丽艳, 邢国明.压缩机全自动协调控制系统[J].风机技术, 2011, 53 (6) :47～49.

[9]杨敏官, 王军锋, 罗惕乾等编著.流体机械内部流动测量技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.

[10]李凤芹, 王强, 宋远红.压缩机用螺旋槽干气密封技术[J].风机技术, 2008, 50 (1) :33～35.

[11]柳季军.干气密封的工作机理及其典型结构[J]化学工业与工程技术, 2002, 8 (4) :38～39.

[12]苏鹏, 王彤, 谷传纲.多级离心式压缩机故障停机反转过程模拟与计算[J].风机技术, 2012, 54 (2) :32～35.

二氧化碳压缩机轴封选型综合评判篇2

中国石油塔里木石化分公司尿素装置中的核心设备二氧化碳压缩机轴封装置选型时, 在外商及设计院的设计文件中, 提出采用干气密封, 考虑到干气密封的高投入、高运行成本、高维护技术性等问题, 在技术谈判中改用传统的迷宫密封加抽气回注的密封形式不仅减少了投资, 降低了维护技术要求, 也提高了机组的运行平稳性。

二、轴端密封选型经济分析

1. 迷宫密封加抽气回注密封形式经济分析

(1) 能耗计算

从高压缸三段出口引出的CO2 (1 040kg/h、8.1MPa、188℃) 气体进入高压缸高压侧轴端, 该密封型式存在少量泄漏, 依据斯托道拉公式

式中:QT———通过迷宫密封的气体泄漏量;

S———疏齿缝隙断面积;

pi———间隙入口处密封介质压力;

p0———间隙出口处密封介质压力;

Ti———间隙出口处密封介质的绝对温度;

z———疏齿数目。

R———理想气体状态参数。

可得漏气量=1 290.08kg/h (0.09MPa、76℃) 。

以上漏气量引到压缩机入口, 可把此能量损失过程近似为恒温压缩及恒压升温两个过程需消耗的能量, 依据恒温压缩需消耗的能量 (n、V1、V3分别为1 290kgCO2气体的摩尔数, 在0.09MPa、76℃时的体积, 在8.1MPa、76℃时的体积) 和恒压升温过程中需消耗的能量 (T1、T2分别为76℃、188℃, Cp.m为CO2气体定压摩尔热容) , 可计算出每小时能耗损失为3.186×108J, 折算耗电88.5kW·h, 折合人民币为1 062元。

(2) 一次性投入费用计算

依据厂商提供设计文件, 迷宫密封加抽气回注一次性投入约需4万美元。

(3) 检修费用计算

依据设备使用维护要求, 检修周期为4年, 需更换全部迷宫密封疏齿, 疏齿费用为4万美元, 检修作业费用暂忽略不计。

依据以上估算, CO2压缩机采用迷宫密封加抽气回注的方式, 在1天内因轴端密封需消耗27.4美元+1 062元人民币, 约为1 248元/天。

2. 干气密封经济分析

(1) 能耗计算

以合成气压缩机K-431为例, 依据PID图及设备使用维护说明手册, 可知需要消耗16.36m3/h合成气 (0.1MPaG、25℃) 、21.98m3/h合成气 (0.11MPaG、25℃) 、39.6m3/h氮气 (0.000 39MPaG、25℃) 、53.6m3/h氮气 (0.12MPaG、25℃) , 一次密封气供气能量损失暂忽略不计。按标态下每立方米氮气0.5元计算, 能耗费用为1 566元/天。

(2) 一次性投入费用计算

K-431合成气压缩机需要使用两套密封装置, 单套干气密封需要23万美元, 按使用寿命20年折算, 单个检修周期 (4年) 折算费用为9.2万美元。

(3) 检修费用计算

依据设备使用维护要求, 检修周期为4年, 需更换轴端干气密封, 暂不考虑干气密封控制系统、密封气体过滤器、缓冲气体过滤器、漏气处理单元、闸阀、球阀、密封气升压装置的检修, 轴端干气密封备件的更换预计需消耗6万美元。

依据以上估算, K-431在1天内因轴端干气密封需消耗2 273元/天。

二氧化碳压缩机出口压力高于合成气压缩机, 采用干气密封所消耗费用定比合成气压缩机高。

三、影响密封选型的其他因素分析

1. 密封性能对比分析

迷宫密封加抽气回注的密封型式大约有1%的漏气量, 采有串级式干气密封可以达到零泄漏。

2. 可靠性对比分析

迷宫密封加抽气回注密封型式, 结构简单, 无任何辅助装置, 正常运行时相当可靠平稳, 因密封失效导致机组停车的情况较小。

干气密封结构相对复杂, 同时需有控制系统、密封气体过滤器、缓冲气体过滤器、漏气处理单元、密封气升压装置等辅助系统, 辅助系统越多, 可靠性越差。

3. 检修安装难易程度对比

迷宫密封加抽气回注密封型式相对干气密封而言, 检修相对简单, 即更换疏齿或调整与轴之间的间隙即可, 干气密封结构相对复杂, 有一级进气、一级漏气、二级进气、二级漏气、隔离气进出、内部更类似有两套机械密封和一套迷宫密封, 更换时要求较高, 动环与静环之间与保证足够精度的间隙, 避免杂质进入, 端面加工精度较高, 对安装人员的要求较高。

四、密封系统综合评判模型的建立与求解

影响密封选型的主要因素有经济指标、密封性能、可靠性、检修难易程度;依据模糊数学理论, 引入密封选型综合评判模型

由于各因素地位未必相等, 所以需对各因素加权, 用模糊集A= (a1, a2, …, an) 表示各因素的权数分配, 它与评判矩阵R的合成 (实数的加乘运算) , 就是对各因素的综合评判。其中A表示各因素的权数分配, 即经济指标、密封性能、可靠性、检修难易程度这四种因素在综合评判一种密封型式时所占的权重, ai≥0。B表示综合评判结果矩阵。

R由如下方式确定

综合评判有三要素:

(1) 因素集U=∈u1, …, un∈, 被评判对象的各因素组成的集合。

(2) 判断集V=v∈1, …, vn∈, 评语组成的集合。

(3) 单因素判断, 即对单个因素ui (i=1, …, n) 的评判, 得到V上的模糊集 (ri1, ri2, …, rim) , 所以它是从U到V的一个模糊映射

模糊映射f可以确定一个模糊关系R∈μn×m, 称为评判矩阵。

其中rnm表示第n个因素第m个评语所占的权重。B是由所有对单因素评判的模糊集组成的。

这里bj是r1j, r2j, …, rnj的函数, 也就是评判函数。

依据以上模型, 可得

U={经济性, 密封性能, 可靠性, 安装检修}

V={优, 良, 中, 差}

对迷宫密封加抽气回注密封结构型式而言, 单年所耗费用折算为1 248元, 相对较低, 故经济性│→ (0.9, 0.1, 00) 。

该种密封型式泄漏量约为总气量的1%, 密封性能相对较差, 故密封性能│→ (0, 0.1, 0.8, 0.1) 。

此种密封型式结构相对简单, 无需操作过程中有特殊的操作控制手段, 相对稳定可靠, 故可靠性│→ (0.1, 0.8, 01, 0) 。

此种密封型式检修过程中只需检查输齿是否损坏、是否需要更换、间隙是否符合要求即可, 安装过程中只需严格测量疏齿与轴之间间隙即可, 故安装维修│→ (0.8, 0.1, 00) 。

所用单因素评判组成评判矩阵

对于二氧化碳压缩机而言, 因二氧化碳气体为非易燃易爆气体, 对于轴端密封可允许一定的泄漏, 同时二氧化碳压缩机为尿素装置关键核心设备, 一旦停机, 将导致整个尿素装置停车, 故对密封可靠性要求很高, 一旦轴端密封出现故障, 也要求在最短时间内能检修完成, 故得到其经济性、密封性、可靠性和维修性方面的权重A= (0.3, 0.10.5, 0.1) 。用权重向量作用于综合评价矩阵, 则可得到迷宫密封加抽气回注密封形式的综合评判值B= (0.4, 0.42, 0.13, 005) 。同理, 计算得出干气密封的综合评判值B= (0.25, 0.20.45, 0.1) 。显然, 迷宫密封加抽气回注密封形式明显优于干气密封。

五、结论

对于二氧化碳压缩机, 轴端密封选型时, 综合考虑经济性、密封性能、可靠性、安装检修难易程度等方面因素, 建立了密封综合评价模型, 得出:选用迷宫密封加抽气回注的密封结构型式的优良率为82%, 干气密封的优良率为45%, 故针对二氧化碳压缩机, 其轴端密封结构型式选用迷宫密封加抽气回注的方式更科学合理。

参考文献

[1]吕瑞典.化工设备密封技术[M].北京:石油工业出版社, 2006.

二氧化碳压缩机篇3

关键词：径向轴承轴瓦,电蚀,接地电刷,接地导线

1 设备简介

中海石油化学股份有限公司海南基地年产52万t尿素装置于1996年9月正式投入生产。二氧化碳压缩机高压缸K101HP是其关键设备之一, 它将再生塔输出的CO2气体经压缩后送往尿素合成塔。该设备由意大利新比隆公司制造, 型号2BCL306/A, 为二段压缩, 六级叶轮, 其中三段为四级叶轮、四段为二级叶轮。缸体为筒式结构。采用可倾瓦径向轴承及金斯伯雷止推轴承。

2 事故经过

中海石油化学股份有限公司海南基地年产52万t尿素装置二氧化碳压缩机高压缸自2012年3月年度计划性大修后;非驱动侧机械密封于2013年出现泄漏情况, 监控运行一段时间后于8月14日装置停车抢修更换非驱动侧机械密封后消除了泄漏;为了确保设备处于良好的运行状态, 2015年1月的年度计划性大修决定对高压缸进行解体大修, 检修人员用抬轴法测得驱动侧径向轴承间隙为0.14mm, 已达技术要求 (0.095~0.135) mm的上限值, 初步判断认为径向轴承轴瓦磨损导致间隙偏大, 拆卸驱动侧径向轴承后检查发现3块轴瓦及转子径向轴承处存在很多的黑色麻点, 经过分析得出3块轴瓦及转子径向轴承处有轻微电腐蚀。

3 原因分析

3.1 电蚀的危害常常被忽略

大型化工设备在运行过程中, 一旦径向轴承磨损、温度升高或振动增大, 我们往往最先考虑的是:机组对中是否有问题, 供油系统是否有问题, 或者是轴承质量和安装是否有问题等, 而由于电蚀引起的轴承磨损、温度升高等危害常常被忽略。

3.2 电蚀的形成

3.2.1 接地电刷磨损严重, 检查更换不及时

之前3次二氧化碳压缩机组计划性停检修中, 检查发现接地电刷均发生比较严重的磨损, 极大地影响了接地电刷消除机组静电荷的效果。具体见图1、图2、图3:

3.2.2 接地导线断开或接地开关触点松动

接地不良在短时间内对机组的运行不会产生明显的影响, 也不容易被发现。但由于气体流动与缸体和转子摩擦产生的静电积累, 以至于缸体被磁化而产生的感应电动势在转子和缸体上形成电位差。电位差不断增大就会发生间歇性放电, 发出电火花。放电位置是转子和缸体距离最近点, 通常是在轴瓦和轴颈之间。电火花产生放出的热量集中在放电点上, 所以这一点的实际温度很高, 一般在1 000℃以上。而巴士合金的熔点在150℃左右, 所以在放电点巴士合金被烧化出现麻点, 破坏了正常的油膜润滑, 瓦温升高。不断的放电使麻点增多, 这些麻点通常集中在瓦面某些形成油膜比较薄的区域。而测温热电阻一般安装在瓦块上巴士合金下2~3mm的位置, 所以这时瓦块温度就会明显上涨, 而且随着电蚀的加重, 温度将持续上升。

4 故障处理

4.1 检查接地电刷

严重磨损的接地电刷不能与轴良好地接触, 消除不了静电, 所以必须定期对电刷进行检查, 更换磨损严重的接地电刷。2011年大修发现二氧化碳压缩机组的接地电刷磨损严重后, 相关技术管理人员增加了检修人员对二氧化碳压缩机组接地电刷的检查频率, 现在基本可以保证一个计划性大修周期内 (2a) 检查4次 (半年一检查、一年一更换) , 视检查情况进行处理。

4.2 检查接地导线

2015年初计划性大修中, 检修人员发现二氧化碳压缩机高压缸驱动侧径向轴承轴瓦及转子径向轴承处有轻微电腐蚀后, 在拆卸检查接地电刷的同时, 还对接地导线进行了检查, 结果发现接地线靠近接地电刷的位置存在接触不良情况, 随后将接地导线接触不良的地方重新进行了处理。

4.3 检查接地电流 (建议)

检查接地电流的目的是及时发现转子和缸体之间电位差的增高。如果转子和缸体之间电位差的很大, 电刷很快就会被烧损。转子和缸体之间发生强烈地放电, 轴瓦很快就会被损坏。所以定期检查接地线路中的电流是非常重要的。检测方法如图4所示。

在机组运行过程中, 在电刷引出端B和接地点A之间跨接一个1Ω的非感应电阻。打开接地开关并使用一台示波器测量出接地开关两侧的电位差ΔU, 即可按公式:I=ΔU/R计算出电流, 如果电流低于0.5A, 并且无事故征兆, 表明静电电流并不大, 可以闭合接地开关。如果电流超过0.5A或更大, 就必须分析原因, 必要时将透平停车检查, 进行消磁。

5 结束语

机组经2015年1月检修后开车运行至2016年3月, 借装置停车检修机会, 检修人员对二氧化碳压缩机高压缸进行检查, 未发现两侧径向轴承轴瓦有电蚀情况的发生, 说明电蚀的原因分析是正确的, 处理方法是行之有效的。

参考文献

[1]周忠凯.机泵维修钳工[M].北京:石油工业出版社, 2013.

二氧化碳压缩机篇4

1 干气密封原理

干气密封主要包括O型圈、动环、静环和固定在轴上的旋转环等零部件, 在旋转环上刻有螺旋槽, 在旋转环和静止环径向面之间形成气膜起到密封作用[2]。当压缩机的轴转动时, 被挤到旋转槽底部的气体会形成密封气坝, 气坝通过阻止气体流动迫使密封气的压力上升, 形成的力可以将石墨环脱开3微米去和旋转环相接触, 在密封间的开启力等于闭合气体动力和弹簧力之和时, 就会有气膜形成于密封面之间[3]。当出现干扰的时候, 密封面间隙就会减少, 就会造成螺旋槽产生的压力上升很快, 当情况相反时, 密封间隙就会增大, 螺旋槽产生的压力就会相应的减少, 密封会很快回到其平衡位置[4]。

2 变压吸附装置一氧化碳压缩机上的应用

2.1 约翰克兰28型干气密封的结构与原理

本公司变压吸附装置一氧化碳压缩机配套使用的干气密封是约翰克兰28型干气密封。

该密封是由两套机械密封按照相同的方向首尾相连而构成的, 具有较强的安全性。当主密封失效时, 第二级密封可以起到辅助安全密封的作用, 从而保证工艺介质不大量向大气泄漏。当压缩机机组达到一定转速时一级密封才开始工作即密封气就会沿动环槽进入动静环之间形成的刚度较强的气膜从而避免一氧化碳的泄漏。当机组没有达到最低工作转速时, 一级密封气的气源是0.34MPa的氮气。而在机组达到最低工作转速以后, 其气源是从压缩机出口端引出的经过滤、调压后工艺气一氧化碳, 其少量泄漏气会被送进火炬燃烧, 大多数一级密封气会作为工艺气进入压缩机缸体里循环, 。二级密封的气源是经过滤调压后的氮气, 压力控制在0.5MPa这样就可以保证工艺介质一氧化碳不会被泄漏到大气中。由于二级密封采用的是惰性气体氮气, 因此泄漏气可以直接排放到大气中去。

2.2 干气密封控制系统

干气密封的控制系统包括干气密封本体和相应的监控系统, 这些监控系统的主要功能是过滤缓冲气、调节缓冲气、监控密封和放空系统

干气密封的密封气来源于工艺气一氧化碳和中压氮气, 在密封气进入密封腔利用过滤器将2微米以上的杂质滤掉因为如果有脏气体进入到密封腔就会堵塞密封端面的螺旋槽和动静环之间的间隙。过滤器管线上按有差动压力表和压力开关来对过滤器进行控制。在压缩机的每个出口都安装有调节阀, 可是实现清洁密封气压力的控制, 每个密封腔的气体的流量和压力是利用节流孔板和差动压力表来测量的。在密封正常运转的时候, 密封面之间会一直有气体流过。安装节流孔板可以通过增大气体的流动阻力, 来控制放空口的缓冲气的流量, 当放空量增加时节流孔板的阻力会增加, 以触发压力开关报警。一级和二级密封放空管线都按有节流孔板和差动压力表来测量气体的泄漏量

2.3 干气密封的维护

所有参数在在干气密封适用于范围内时, 一般情况下是不需要维护的。但是应每天都要监控干气密封的泄漏量, 如果发现泄漏量持续增加则说明干气密封有可能失效了。

(1) 维持干气密封的正常的运行, 应该保证密封气的压力和流量稳定。

(2) 应监控过滤器的压差如果达到报警值应及时切换备用过滤器并避免缓冲气被污染。

(3) 密封气的泄漏量的多少能直接反应干气密封的运行状况, 因此应时刻观察密封的泄漏量

(4) 在开车时, 密封气和隔离气要在油循环系统投用前接通, 避免其进入干气密封污染密封面对其造成损坏。在停车时应将油循环全部停止10分钟后, 才可以停止干气密封

(5) 应定期检查外侧迷宫隔离密封与干气密封间通向大气排油管中的油液, 并排放其中的油

(6) 应定期清洁密封表面上的轴承油液和碳氢冷凝物避免其对密封造成污染.

(7) 在压缩机运行期间要严禁中断密封气的供应否则会造成密封面干磨以至于将密封烧坏。

3 出现的问题与解决方法

本公司使用的约翰克兰28型干气密封自装置开车以来一直稳定运行并没有出现任何泄漏, 除了有两次因界区内氮气管网不稳定造成中压氮气压力过低触发干气密封二级密封联锁造成停车。为解决这个问题在停车检修期间专门从总管网添加一中压氮气管线用于干气密封, 来维持密封气源的稳定。

4 结语