文中結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)案例闡述了干氣密封技術(shù)在聚乙烯裝置中高速透平壓縮機(jī)各部分控制系統(tǒng)的工作情況，并分析了干氣密封系統(tǒng)的日常維護(hù)和故障診斷，以便更好的掌握干氣密封控制技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高速透平壓縮機(jī)的平穩(wěn)高效運(yùn)行。
關(guān)鍵字：干氣密封；控制系統(tǒng)；故障診斷；維護(hù)
全密度聚乙烯裝置采用氣相流化床聚乙烯工藝，該工藝包括6 個(gè)工段：原料精制、聚合反應(yīng)、催化劑添加、脫氣回收、擠壓造粒和風(fēng)送包裝。工藝反應(yīng)中的聚合反應(yīng)工段所需的循環(huán)氣乙烯是通過(guò)高速透平壓縮機(jī)注入到聚合反應(yīng)釜中進(jìn)行氣體流化反應(yīng)，而乙烯具有可燃性和窒息性，長(zhǎng)期接觸低濃度乙烯會(huì)導(dǎo)致身體功能出現(xiàn)紊亂。所以循環(huán)氣壓縮機(jī)的可靠密封就是非常重要的環(huán)節(jié)。
干氣密封技術(shù)是根據(jù)聚乙烯裝置工藝要求，滿足現(xiàn)生產(chǎn)需求的一種新型非接觸式密封技術(shù)。依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)原理，在密封端面上通過(guò)開設(shè)動(dòng)壓槽從而實(shí)現(xiàn)密封端面的非接觸性運(yùn)行，由于性能可靠，使用壽命較長(zhǎng)，功耗低，維護(hù)成本低等多種優(yōu)點(diǎn)，成為在煉油、化工等行業(yè)廣泛使用的高速透平壓縮機(jī)的首選密封形式，徹底解決了高速透平壓縮機(jī)運(yùn)行中的軸封問(wèn)題，為機(jī)組穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供可靠保證［1］。
為確保干氣密封的運(yùn)行平穩(wěn)高效，就需要一套完整的控制系統(tǒng)對(duì)其工作進(jìn)行輔助，用以確保對(duì)干氣密封的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)也可以對(duì)氣體進(jìn)行流量、壓力的控制。根據(jù)現(xiàn)有實(shí)際運(yùn)行情況，干氣密封充分應(yīng)用這些控制單元，以備為干氣密封提供優(yōu)良的運(yùn)行環(huán)境，降低能耗，帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。
1 干氣密封的工作原理
干氣密封是一種非接觸式的端面密封，密封單元由2 個(gè)環(huán)構(gòu)成［2］。第1 個(gè)環(huán)其端面為光滑面，被稱為靜環(huán)。除允許其沿軸方向移動(dòng)之外，還限制了它在其他方向的移動(dòng)，安裝于彈簧調(diào)節(jié)負(fù)載的腔內(nèi)。第2 個(gè)環(huán)稱為旋轉(zhuǎn)環(huán)，也稱為動(dòng)環(huán)，其密封端面上刻有許多槽空，槽的其中心光滑區(qū)域是真正起密封作用的部分，稱為密封壩。在其中形成壓力梯度，從密封壓力到大氣壓力之間的漸進(jìn)式壓力梯度。
當(dāng)壓縮機(jī)機(jī)內(nèi)處于充壓常壓狀態(tài)下，密封結(jié)構(gòu)內(nèi)氣壓在相互作用力下產(chǎn)生了流體靜壓力，該力可以使得靜環(huán)與旋轉(zhuǎn)環(huán)之間產(chǎn)生非常薄的間隙，從而分離開。2 環(huán)間的間隙可以允許非常少量的密封氣體泄漏。當(dāng)高速透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，機(jī)內(nèi)在已完全卸壓的狀態(tài)，靜環(huán)后面的彈簧將旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜環(huán)緊密貼合，以達(dá)到密封壓縮機(jī)內(nèi)氣體的要求［3］。典型的干氣密封結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 典型的干氣密封結(jié)構(gòu)
2 干氣密封的控制系統(tǒng)
干氣密封控制系統(tǒng)根據(jù)干氣密封工作原理設(shè)計(jì)，對(duì)所需要的干凈、干燥的密封氣的供給進(jìn)行過(guò)濾控制，對(duì)氣膜泄漏量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)而形成的1 套輔助控制系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用主要分為3 個(gè)主要部分：主密封供氣系統(tǒng)，隔離密封供氣系統(tǒng)，密封泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)［4］。
2.1 主密封供氣系統(tǒng)
干氣密封的控制主要是對(duì)密封端面間需要通過(guò)密封氣流的微小間隙的控制。這個(gè)微小間隙是通過(guò)比間隙距離小的顆?；蛘邘缀鯙闈崈舻臍怏w維持的。主密封供氣系統(tǒng)主要功能就是對(duì)所需要的密封氣體進(jìn)行過(guò)濾，以滿足條件的氣體進(jìn)行供氣，并防止密封環(huán)內(nèi)積累污染物，降低使用壽命。
高速透平壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，雖然都按照壓縮機(jī)出口端的壓力值為準(zhǔn)，但在壓縮機(jī)的每端都采用相對(duì)應(yīng)的串聯(lián)干氣密封結(jié)構(gòu)，用以徹底密封壓縮機(jī)的內(nèi)部壓力。采用這樣的設(shè)計(jì)是為了確保每端的串聯(lián)密封結(jié)構(gòu)的壓力都可以維持在高于連接密封結(jié)構(gòu)的乙烯氣體的壓力值內(nèi)。因此既可以保證密封機(jī)構(gòu)內(nèi)能持續(xù)保持有清潔的工作環(huán)境，又可以保證預(yù)期內(nèi)的少量泄漏氣能夠通過(guò)每個(gè)密封端的一級(jí)密封端面。
2.1.1 密封氣體過(guò)濾 依據(jù)設(shè)計(jì)要求，一般采用壓縮機(jī)出口處回引的乙烯作為干氣密封的主密封氣。然后主密封氣通過(guò)2 個(gè)并聯(lián)安裝的過(guò)濾器中的1個(gè)，濾除掉主密封氣中積存的液滴和2.5 μm以上的固體顆粒等雜質(zhì)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝的2 臺(tái)過(guò)濾器按照設(shè)計(jì)要求都能獨(dú)立滿足氣體最大處理量，因此采用1臺(tái)工作1臺(tái)備用的方式。
2.1.2 密封氣源壓力和流量控制 密封氣源的壓力由差壓調(diào)節(jié)閥控制，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，為方便維修配備旁路閥。差壓調(diào)節(jié)閥的控制壓力為：出口壓力必須要大于高速透平壓縮機(jī)平衡管內(nèi)的參考?jí)毫Α６咧g的差壓值由差壓指示儀表指示。
密封氣源的流量由每端主密封流量變送器監(jiān)控，流量控制回路上的針閥用來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)流量。
2.2 隔離密封供氣系統(tǒng)
隔離密封供氣系統(tǒng)是作用在主密封與軸承之間的，隔離密封氣沖入密封腔體與高速透平壓縮機(jī)軸承間的碳環(huán)密封，在碳環(huán)密封與軸套間的小間隙形成氣體屏障，用來(lái)防止軸承的潤(rùn)滑油和雜質(zhì)等進(jìn)入密封體中。該系統(tǒng)配有對(duì)所需要的氮?dú)膺M(jìn)行過(guò)濾、監(jiān)控和調(diào)節(jié)的相關(guān)設(shè)備。
2.2.1 氮?dú)膺M(jìn)氣過(guò)濾 隔離密封所需要的氣源氮?dú)馔ㄟ^(guò)2 個(gè)并聯(lián)安裝的過(guò)濾器中的1 個(gè)（另1 臺(tái)備用），用以去除1 μm以上的固體顆粒和氮?dú)庵械纳倭糠e液。過(guò)濾器進(jìn)口、出口處的壓差用差壓指示變送器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指示和遠(yuǎn)程控制室監(jiān)控，在過(guò)濾器下游安裝壓力開關(guān)，用來(lái)配合滿足條件啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵。實(shí)際應(yīng)用中，為避免潤(rùn)滑油進(jìn)入密封結(jié)構(gòu)內(nèi)，須在啟動(dòng)潤(rùn)滑油前，先投入隔離密封系統(tǒng)。
2.2.2 氮?dú)鈮毫α髁空{(diào)節(jié) 用帶有流量開關(guān)的流量變送器控制氮?dú)饬髁浚瑢?shí)現(xiàn)就地控制和遠(yuǎn)程控制。利用壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)氮?dú)夤鈮毫Φ目刂啤?/span>
2.3 密封泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
干氣密封正常運(yùn)行時(shí)，從一級(jí)密封泄漏出的少量乙烯被排放入火炬，在排入尾氣回收管道前，泄漏的氣體壓力用壓力計(jì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視，壓力變送器進(jìn)行遠(yuǎn)傳監(jiān)控，壓力開關(guān)在壓力升高觸發(fā)高值報(bào)警時(shí)聯(lián)鎖停車。
泄漏氣體流動(dòng)經(jīng)過(guò)測(cè)量孔板流量計(jì)檢測(cè)出流量大小，用流量變送器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)傳流量監(jiān)測(cè)。最后泄漏氣體經(jīng)過(guò)可控單向閥后排入火炬中［5］。
3 日常維護(hù)及故障診斷
根據(jù)聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)周期內(nèi)出現(xiàn)的問(wèn)題及相應(yīng)檢查記錄，循環(huán)氣壓縮機(jī)干氣密封在正常狀態(tài)運(yùn)行情況下，需要對(duì)各控制環(huán)節(jié)的儀表設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)記錄工作，以保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。在出現(xiàn)故障情況下，通過(guò)故障檢查表對(duì)相對(duì)應(yīng)的故障及時(shí)診斷處理。
3.1 日常維護(hù)
3.1.1 主密封供氣系統(tǒng) 以主密封供氣系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)為依據(jù)，主要對(duì)相關(guān)壓力、流量等變送器進(jìn)行日常維護(hù)；對(duì)主密封氣過(guò)濾器過(guò)濾芯進(jìn)行定期檢查，查看濾芯是否被油、水、臟污等污染或當(dāng)過(guò)濾器差壓超過(guò)130 kPa時(shí)，需要更換過(guò)濾芯。
3.1.2 隔離密封氣供氣系統(tǒng) 對(duì)供氣出口壓力進(jìn)行日常巡檢記錄。當(dāng)隔離密封氣供氣壓力出口處壓力設(shè)定值需要進(jìn)行調(diào)整，以保證該出口壓力值高于二級(jí)密封出口壓力，用以有足夠的隔離密封氣源在密封結(jié)構(gòu)間隙內(nèi)符合正常運(yùn)行條件。需要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，與廠商聯(lián)系。隔離密封過(guò)濾器同樣需要定期檢查，并更換濾芯。
3.1.3 日常巡檢事項(xiàng) 需要對(duì)下列內(nèi)容進(jìn)行周巡檢。發(fā)現(xiàn)任意狀況需要立即做出改正措施。
（1）對(duì)泄漏排放氣體的組分進(jìn)行色譜分析，及時(shí)檢測(cè)組分變化；
（2）對(duì)迷宮密封腔內(nèi)氣體組分進(jìn)行檢測(cè)，看是否會(huì)有工藝氣；
（3）檢查泄漏排放氣中是否有油漬現(xiàn)象。
3.2 故障診斷
在確認(rèn)所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)一致后，進(jìn)行故障診斷和處理見表1。
表1 故障檢查
4 結(jié)束語(yǔ)
由于干氣密封控制技術(shù)在全密度聚乙烯裝置上的有效運(yùn)用，不但保證了生產(chǎn)過(guò)程中乙烯幾乎無(wú)泄漏，也穩(wěn)定了壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證了壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行。但是由于干氣密封系統(tǒng)的局限性，在日常維護(hù)時(shí)需要更加細(xì)心檢查，作為大機(jī)組的特護(hù)對(duì)象，嚴(yán)格檢查相關(guān)壓力參數(shù)，以確保干氣密封系統(tǒng)的工藝參數(shù)在有效的工作范圍內(nèi)。
本文作者：謝龍 (中國(guó)石油大慶石化公司）。
