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      離心壓縮機(jī)軸端密封沖蝕問題分析與改進(jìn)研究

      2021-09-10 02:58:08程少高
      中國設(shè)備工程 2021年16期
      關(guān)鍵詞:軸端沖蝕鎂合金

      程少高

      (大慶宏偉慶化石油化工有限公司,黑龍江 大慶 163400)

      1 2MCL606 型壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

      2MCL606型離心式壓縮機(jī)其結(jié)構(gòu)為水平剖分式、兩段壓縮,共6級葉輪,高、低壓段各3級,葉輪為背靠背安裝。壓縮機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子及底座組成。定子包含:機(jī)殼、隔板、軸承、軸端密封、干氣密封等。轉(zhuǎn)子包含軸、葉輪、軸套、平衡盤和推力盤。富氣在壓縮機(jī)流道內(nèi)經(jīng)過兩段壓縮,一段壓縮后介質(zhì)經(jīng)管線外引,經(jīng)中間冷卻器和氣液分離器,返回二段入口再次壓縮。壓縮機(jī)密封采用軸端迷宮密封及雙端面干氣密封,各級間及平衡盤的密封均為迷宮密封。軸端密封體出廠時(shí)材質(zhì)為LD10鍛制鋁、鎂合金。

      2 富氣壓縮機(jī)工作介質(zhì)組分

      從表1介質(zhì)組分可以看出,富氣壓縮機(jī)工作介質(zhì)中含有水蒸汽、硫化氫、二氧化硫等成分。

      表1 富氣組分

      3 我公司2MCL606型壓縮機(jī)運(yùn)行基本情況

      我公司2MCL606型壓縮機(jī)為2015年投產(chǎn)運(yùn)行,五年中進(jìn)行了4次檢修,每次裝置開車機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后,干氣密封高低壓端干氣流量逐漸上漲,高壓端流量最高由0.03m3/h漲至3.5m3/h,泄漏量增加不僅增加能耗,也影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。

      歷年拆檢查看氣壓機(jī)定子組件,都會發(fā)現(xiàn)軸端密封存在不同程度的損壞,如圖1、圖2。2016年檢修拆檢發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)軸端密封中分面嚴(yán)重腐蝕,基本失去密封效果。2017年,更換鋁、鎂合金為外殼,內(nèi)嵌耐腐蝕、耐磨的PEEK材質(zhì)的軸端密封,但同類情況仍然再次出現(xiàn),只是問題開始出現(xiàn)時(shí)間相比推遲,拆檢后發(fā)現(xiàn)PEEK材質(zhì)的內(nèi)嵌套基本無損壞,外包的鋁、鎂合金材質(zhì)的殼體在固定螺釘孔處嚴(yán)重腐蝕。2018年仍沿用合金內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)的軸端密封,只是在氣封體固定沉頭釘內(nèi)增加銅制密封墊,同時(shí)安裝時(shí)采用704密封膠對軸端密封的固定螺釘及中分面進(jìn)行填充,干氣密封泄漏量增加的問題未再次出現(xiàn)。

      圖1 中分面損壞的合金材質(zhì)軸端密封

      圖2 內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)軸端密封損壞情況

      4 結(jié)合2MCL606 型壓縮機(jī)歷年拆卸損壞情況分析問題原因

      (1)根據(jù)軸端密封實(shí)際損壞情況,對腐蝕的因素分析。拆卸軸端密封發(fā)現(xiàn)有白色粉末狀物質(zhì),經(jīng)化驗(yàn)分析,該物質(zhì)主要成分為鋁、鎂金屬的化合物,結(jié)合富氣成分所含的H2S、SO2及水蒸氣,具備形成酸的物質(zhì)條件,H2S、SO2與凝結(jié)水結(jié)合生成腐蝕性的酸,金屬鎂、鋁與酸反應(yīng)生成不穩(wěn)定的鹽,再發(fā)生雙水解等過程,最終生成白色Al(OH)3、Mg(OH)2等金屬化合物。過程式如下:

      (2)結(jié)合軸端密封實(shí)際損壞情況,腐蝕并不是損壞的唯一原因。2017年以前軸端密封整體材質(zhì)均為鋁、鎂合金,而腐蝕位置主要集中在軸端密封的中分面固定螺釘孔處,且由孔處向周圍擴(kuò)散,此時(shí)確定鋁、鎂合金被腐蝕,2017年為防止介質(zhì)對鋁鎂合金的腐蝕,更換了價(jià)格偏高,內(nèi)嵌PEEK材質(zhì)、外殼仍為鋁、鎂合金的新型軸端密封,但此項(xiàng)改進(jìn),只是在問題開始出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)上有所延遲,問題并未根本解決。2018年軸端密封安裝時(shí),固定螺釘上增加紫銅墊密封,并在固定螺釘安裝后填充密封膠進(jìn)一步密封,如圖3、圖4,沖蝕、腐蝕的問題基本得到控制,拆卸時(shí)只是在軸端密封與富氣接觸面存在微小的沖蝕。2019年更換價(jià)格更高,整體PEEK材質(zhì)的軸端密封,干氣密封泄漏問題未再出現(xiàn),問題根本解決。

      圖3 全PEEK材質(zhì)軸端密封加銅密封墊

      圖4 全PEEK材質(zhì)軸端密封密封膠封堵

      結(jié)合上述歷年檢修拆檢情況及采取措施,分析問題原因如下:

      (1)鋁、鎂合金的軸端密封不耐腐蝕和沖蝕。

      (2)軸端密封固定螺釘孔安裝螺釘后留有較小的中空腔體,螺釘安裝時(shí)未做密封處理,存在微小泄漏,為酸介質(zhì)形成提供了環(huán)境及空間。

      (3)富氣中的蒸汽在流過中分面時(shí)在螺釘孔處形成擴(kuò)壓腔,增加泄漏富氣停留時(shí)間,蒸汽冷凝成水滴并吸收了富氣中的H2S、SO2,形成了少量酸,鋁、鎂合金的腐蝕開始發(fā)生,損壞的金屬表面不斷擴(kuò)大,集聚酸量增加,腐蝕加速,介質(zhì)泄漏量不斷增加。

      (4)泄漏增加同時(shí)沖蝕不斷加大,介質(zhì)泄漏量增加使得不斷有新的酸形成,氣流加大,氣流通流的部位,增加沖蝕與腐蝕速率。

      5 結(jié)語

      富氣壓縮機(jī)軸端密封中分面因酸性物質(zhì)的腐蝕及泄漏介質(zhì)沖蝕,是密封損壞的主因。富氣中含有H2S、SO2等介質(zhì)時(shí),壓縮機(jī)軸端密封不易采用鋁鎂合金材料。對于裝置檢修周期長,機(jī)組需連續(xù)運(yùn)行2年以上的裝置,軸端密封要采用耐腐蝕、抗沖蝕的高分子材料,我公司使用全PEEK材質(zhì)的軸端密封并在中分面進(jìn)行防泄漏處理,解決了富氣壓縮機(jī)組因軸端密封損壞不能長周期運(yùn)行的難題。

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