（机械工程专业论文）间二甲苯装置氢气压缩机j101机械密封系统改造.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 二甲苯装置是中国石化燕山分工司所属，年产3 5 6 万吨间二甲苯，是全国唯一生产 间二甲苯的装置。二甲苯装置的循环氢气压缩机( j 1 0 1 ) 是整套装置的关键设备，用来 将反应系统分离出的氢气和管网来的新鲜氢气加压后送到异构单元。但在近几年的生产 过程中时常出现压缩机密封装置大量漏油的问题，有时每小时就漏出约2 0 l ，严重时甚 至被迫停车检修，影响了正常生产。同时由于密封的失效引起轴振动值升高，给生产带 来隐患。根据压缩机出现的异常情况，燕化公司聚酯事业部成立了攻关小组，本人做为 攻关小组带头人，通过调查研究，以及对国内外密封技术发展的深入了解，并结合装置 现场的实际情况，最终确定了对压缩机进行密封系统技术改造的方案，填补了国内间二 甲苯装置氢气压缩机密封技术改造的空白。 本文从对二甲苯装置氢气压缩机机械密封的异常情况为依据，完成了4 方面的工 作：。 1 对氢气压缩机的机械密封结构进行了定性的分析，并对其在变工况条件下的受 力进行了定量计算，以确定机械密封失效。 2 机械密封失效对压缩机振动的影响分析。 3 对压缩机密封系统进行技术改造，选择干气密封系统，制定了技术改造方案。 4 通过本次的技术攻关，成功的对二甲苯装置氢气压缩机的密封系统进行了改造， 解决了生产隐患，也为同类装置的压缩机系统密封的技术改造积累了经验。 关键词：机械密封干气密封振动离心压缩机 间二甲苯装置氢气压缩机( j 1 0 1 ) 机械密封系统改造 r e c o n s t r u c t i o nm e c h a n i c a ls e a ls y s t e mo f h y d r o g e nc i r c u l a rc o m p r e s s o r ( j 一10 1 ) i nm x i n s t a l l a t i o n a b s t r a c t m xw o r k s h o pb e l o n g st ot h eb e i ji n gy a n s a nb r a n c hc o m p a n yc h i n ap e t r o c h e m i c a l i n c o r p o r a t i o n ，w h i c hi st h eo n l yi n s t a l l a t i o nt h a tp r o d u c t sm x i nt h er a n g eo fn a t i o n w i d ea n d i t sa n n u a lo u t p u ti sa b o u t3 5 ，6 0 0t o n s t h eh y d r o g e nc i r c u l a rc o m p r e s s o r ，w h i c hl o c a t i o n n u m b e ri sj 一101 ，i sac r u c i a le q u i p m e n to fw o r k s h o p ，a n di t sm a i np u r p o s ei st r a n s p o r t a t i o no r c o m p r e s s i o nt h eh y d r o g e nt h a tp a r to f c o m e sf r o mr e a c t i o nu n i ta n dt h er e s to fi tc o m e sf r o m t h ef l e s hh y d r o g e nn e t w o r k s i nr e c e n ty e a r s ，ap r o b l e md i s t u r b st h eo p e r a t i o no fj - 101c o m p r e s s o r ，w h i c hi sm a s s i v eo i l l e a k sb e c a u s eo fs e a l i n gd e v i c ef a i l u r e ，a n dt h es p i l l a g ei sa b o u t2 0l i t e r sp e rh o u r w h a tt h e w o r s ti st 1 1 a tp r o b l e mt h r e a t e nt h ep r o d u c t i o no fw h o l ew o r k s h o p s i n c et h ec o m p r e s s o rh a st o b es t o p p e dt or e p a i r o nt h eo t h e rh a n d ，t h es e a l i n gd e v i c ef a i l u r ec o u l da r i s et h er i s i n go f v i b r a t i o n ，w h i c hi sal a t e n td a n g e rt ot h ep r o d u c t i o n a c c o r d i n gt ot h ea b n o r m a ls t a t eo fc o m p r e s s o r , t h et e c h n i c i a n so fp o l y e s t e rp l a n td e c i d et o e s t a b l i s har e s e a r c hg r o u pt os o l v et h ep r o b l e m b yas e r i e so fr e s e a r c ha n dt e c h n i c a l c o m m u n i c a t i o nw i ms e a lm a n u f a c t u r ep l a n t s ，ar e c o n s t r u c t i o np r o j e c ti sm a d et os o l v i n gt h e p r o b l e mo fc o m p r e s s o r b a s e do nt h er e s o l u t i o no fa b n o r m a l i t yo fm e c h a n i c a ls e a l so fj 一101c o m p r e s s o ri nm x p l a n t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e sf o l l o w i n ga s p e c t s ： 1 p r o v i d i n gaq u a l i t a t i v ea n a l y s i sf o rt h es t r u c t u r eo fm e c h a n i c a ls e a lo fc o m p r e s s o r s ，a n d m a k i n gas i m p l eq u a n t i t a t i v ec a l c u l a t i o no nt h es t a t u so fb e i n gp r e s s e do fas e a l i n gd e v i c e u n d e rac h a n g i n gw o r k i n gc i r c u m s t a n c e ； 2 a n a l y z i n gt h ei m p a c to faf a i l u r eo fm e c h a n i c a ls e a l so nv i b r a t i o no fc o m p r e s s o r s 3 m a k i n gat e c h n i c a lp r o j e c tf o rr e c o n s t r u c t i n ga n dc h o o s i n ga l la d v a n c e dd r yg a ss e a l s y s t e m 4 t h r o u g ht h i sr e s e a r c h ，w er e c o n s t r u c tt h es e a ls y s t e mo fh y d r o g e nc i r c u l a rc o m p r e s s o r , a tt h es a m et h el a t e n td a n g e ro fp r o d u c t i o ni sr e s o l v e d ，a n dw ea l s oa c c u m u l a t ee x p e r i e n c eo f r e c o n s t r u c t i n gs e a l i n gs y s t e mo fc o m p r e s s o rf o rt h es a m ei n s t a l l a t i o n s k e yw o r d s ：m e c h a n i c a ls e a l ；d r yg a ss e a l ；v i b r a t i o n ；c e n t r i f u g a lc o m p r e s s o r i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目闽三里苤装量氢氢压绫扭( 点二! q ! ! 狃越蜜塾丕统邀造 厂弋 作者签名：垒：銎! 型 日期： 2q q 2 年12月日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 作者签名： 导师签名： 日期：! q q 2 年12 月上日 日期：2q q 2 年12 月上日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 中国石化北京燕山石化公司间二甲苯装置是我国第一套生产间二甲苯的化工装置 ( 见图1 ) ，采用美国环球油品公哥( 简称u o p ) 的专利技术，生产能力为年产问二甲 苯3 5 6 万吨。它是以碳八芳烃为原料，采用贵金属铂催化剂临氢异构和模拟移动床吸附 分离技术获取纯度大于9 9 5 间二甲苯的工艺技术。间二甲苯装置按工艺路线可分为两 大部分：碳八芳烃异构化部分及间二甲苯吸附分离部分。异构化部分设计采用石油化工 科学研究院研制的s k i 5 0 0 型催化剂，吸附分离部分采用u o p 的s o r b e x 技术，采用 集成供热方案。 美国是世界上最大的间二甲苯生产国，间二甲苯主要用于生产间苯二甲酸，间苯二 甲酸主要用于生产不饱和聚酯树脂，其次是醇酸树脂，还可用于涤纶改进剂。 二甲苯装置的循环氢气压缩机、( j 1 0 1 ) 是整套装置的关键设备，用来将反应系统分 离出的氢气和管网来的新鲜氢气加压后送到异构单元。但在近几年的生产过程中时常出 现压缩机密封装置大量漏油的问题，有时每小时就漏出约2 0 l ，严重时甚至被迫停车检 修，影响了正常生产。同时由于密封的失效引起轴振动值升高，给生产带来隐患。因此 对压缩机机械密封的密封结构进行定性的分析，并对其在变工况条件下的受力进行简单 的定量计算，以及对压缩机振动的影响分析非常重要，从而对密封系统进行技术改造， 选择先进的密封系统，以解决生产隐患，也为同类装置的压缩机系统密封的技术改造积 累经验，为间二甲苯装置的安全生产奠定了基础。 随着石油化工及能源工业的发展，离心压缩机作为相关工业装置的心脏部分，对其 工作参数要求越来越高，对压缩机轴封的要求也越来越严。离心压缩机传统的轴封型式 及轴封发展过程是：迷宫密封、浮环密封、接触式机械密封、非接触式密封。迷宫密封 及浮环密封因气体泄漏量大，已逐渐缩小了其市场占有率。目前，国内使用较多的离心 压缩机轴封型式是机械浮环组合密封，或者是双端面机械密封。它们都是通过密封密封 油来达到密封介质气体的目的。这类密封具有一个很大的缺点，即要求有复杂的封油系 统，能耗较大，而且必然有少量的密封油泄漏进入工艺气体，泄漏过大时，还会影响产 品的质量。干气密封的出现是密封技术的一次革命，气体密封的难题从此得以解决，而 不再会受到密封油的限制。由于干气密封属于非接触式密封，基本上不受p v 值的限制， 因此干气密封特别适合作为在高速高压条件下的大型离心压缩机组轴封，而且其所需的 气体控制系统比接触式密封的油系统要简单得多，所以与机械密封相比，干气密封具有 如下优点： 1 省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷； 间一甲苯装置氢气压缩机( j i o i ) 机械密封系统改造 2 大大减少了计划外维修费用和生产停车 3 避免了工艺气体被油污染的可能性； 4 密封气体泄漏量小； 5 密封运行费用极低； 6 密封驱动功率消耗小； 7密封寿命长，运行稳定可靠 图1 二甲苯装置 f i g l m xu n i t 人连理工大学专业学位硕士学位论文 1 压缩机( 1 - 1 0 1 ) 机械密封的密封原理及结构特点 机械密封( m e c h a n i c a ls e m ) 是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补 偿机构弹力( 或磁力) 的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防 止流体泄漏的装置“1 。弹力加载机构与辅助密封是金属性纹管的机械密封我们称为金 属波纹管密封o 。在轻型密封中，还有使用橡胶波纹管作辅助密封的，橡胶波纹管弹 力有限，一般需要辅以弹簧来满足加载弹力。 “机械密封”通常被人们简称为“机封”。 机械密封的组成： 主要有以下四类部件。a 主要部件：动环和静环山辅助密封件：密封圈( 有o 形、x 形、u 型、楔形、矩形柔性石墨、p t f e 包覆橡胶o 圈等) 。c 弹力补偿机构： 弹簧、推环。d 传动件：弹箕座及键或各种螺钉。见图2 。 图2 集装式机械密封 f i g2c a r t r i d g et y p em e c h a n i c a ls e a l s 1 1机械密封应注意问题 11 安装时注意事项 ( i ) 要十分注意避免安装中所产生的安装偏差 间二甲苯装置氢气压缩机( j 1 0 1 ) 机械密封系统改造 ( 2 ) 上紧压盖应在联轴器找正后进行，螺栓应均匀上支， 塞尺检查各点，其误差不大于o 0 5 毫米。 ( 3 ) 检查压盖与轴或轴套外径的配合间隙( 即同心度) ， 查各点允差不大于o 0 1 毫米。 防止压盖端面偏斜，用 四周要均匀，用塞尺检 ( 4 ) 弹簧压缩量要按规定进行，不允许有过大或过小现象，要求误差2 o o 毫米。 过大会增加端面比压，另速端面磨损。过小会造成比压不足而不能起到密封 作用。 ( 5 ) 动环安装后，将动环压向弹簧后应能自动弹回来。 1 1 2 拆卸时注意事项 ( 1 ) 在安装、拆卸机械密封时要仔细，严禁动用手锤和扁铲，以免损坏密封元件。 如果结垢拆卸不下时，应清洗干净后再进行拆卸。 ( 2 )由于压缩机两端都用机械密封时，在装配，拆卸过程中互相照顾，防止顾此 失彼。 ( 3 ) 对运行过的机械密封，凡有压盖松动使密封发生移动的情况，则动静环零件 必须更换，不应重新上紧继续使用。因为松动后摩擦副原来运转轨迹会发生 变动，接触面的密封性就很容易遭到破坏。 1 1 3 机封正常运行和维护问题： ( 1 ) 启动前的准备工作及注意事项 全面检查机械密封，以及附属装置和管线安装是否齐全，是否符合技术要求。 机械密封启动前进行静压试验，检查机械密封是否有泄漏现象。若泄漏较多， 应查清原因设法消除。如仍无效，则应拆卸检查并重新安装。一般静压试验 压力用2 3 公斤平方厘米旧1 。 按压缩机旋向盘车，检查是否轻快均匀。如盘车吃力或不动时，则应检查装 配尺寸是否错误，安装是否合理。 ( 2 ) 安装与停运 启动前应保持密封腔内充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封 腔加热使介质熔化。启动前必须盘车，以防止突然启动而造成软环碎裂。 对于利用压缩机外封油系统的机械密封，应先启动封油系统。停车后最后停 止封油系统。 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 压缩机停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油 温降到8 0 度以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件5 。 ( 3 ) 运转 压缩机启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4 小时，泄 漏量仍不减小，则应停泵检查。 压缩机的操作压力应平稳，压力波动不大于1 公斤平方厘米怕1 。 压缩机在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。 密封情况要经常检查。运转中，当其泄漏量超过标准时，重质油不大于5 滴 分，轻质油不大于l o 滴分，如2 3 日内仍无好转趋势，则应停机检查密封 装置。 1 2 机械密封优缺点 机械密封与软填料密封比较，有如下优点噶： ( 1 ) 密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统 计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1 1 0 0 ； ( 2 ) 使用寿命长在油、水类介质中一般可达1 2 年或更长时间，在化工介 质中通常也能达半年以上； ( 3 ) 摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的1 0 5 0 9 6 ； ( 4 ) 或轴套基本上不受摩损；维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况 下，毋需经常性的维修； ( 5 ) 振性好对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感； ( 6 ) 用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各 种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。 对现今许多工厂的“零泄漏 需要，盘根无法达到此要求；根本适应范围广， 随意性更大，但对于在工厂，经常更换或维护将对工厂造成很大损失。 机械密封存在的缺点： ( 1 ) 结构较复杂，对制造加工要求高； ( 2 ) 安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平； ( 3 ) 发生偶然性事故时，处理较困难； ( 4 ) 一次性投资高。 间二甲苯装置氢气压缩机( j 一1 0 1 ) 机械密封系统改造 机械密封是用来阻止介质沿转轴向外泄露的装置，它是利用两块密封元件( 静环和 动环) 在垂直与轴线上的光洁而平直的平面相互贴合，并在作相对的转动时形成液膜隔 离物料，与其配套的组件一起防止泄露。 因此，机械密封越来越多的应用于密封要求比较高的设备上。j 1 0 1 循环氢气压缩 机的密封原理是由静环在密封油压差和弹簧力的作用下紧贴动环形成一个静动环密封 面，从而把氢气密封在内部。压缩机的密封装置由机械密封，浮环密封，迷宫密封组成。 其所用的机械密封为单端面内装式即平衡型内流式结构，与一般的泵用机械密封所用的 外装式不同。相比较而言，前者要求的密封性能更高一些，轴向窜动量和径向跳动量控 制的比较严格，静环组件压缩所需的弹簧力要大一些，摩擦副接触端面上的负荷相应的 也将很大。其结构如图所示( 图3 ) ，密封油的流向和密封气的流向如图中箭头所示。 卜一一逃崩晰埘2 一剃椒油灌汹厅闷 3 一一挣环l l 一一功环 5 浮蠡l ：；6 晰鲥t 滋向 图3 机械密封结构图 f i g 3 m e c h a n i c a ls e a ld i a g r a m 1 3 机械密封工作状态下的受力分析和计算 机械密封的受力情况如图4 所示，在摩擦条件下力的平衡关系式为旧： f h + f k 士f r f s p - f c = o 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 式中f r 液体载荷力( 指静环两端压差所产生的轴向力) f k 弹簧作用力 f r 叫环的摩擦力 f s 广密封面油膜产生的作用力( 在边界摩擦作用下为零) f 广动环支承力( 在液体摩擦状态下为零) 坠 图4 静环组件受力图 f i g 4 d i a g r a mo fs t a t i cr i n g su n d e rp r e s s u r e 1 3 1 弹簧作用力f k 的计算 弹簧比压是弹簧在工作状态下作用在摩擦端面单位面积上的力，或称在工作状态下 的弹簧力与摩擦端面面积的比值们。所以 只2 高只 式中：p s 弹簧比压，p a f k 工作状态下的弹簧力，n d 2 摩擦端面外径，m m d 2 = 1 0 1 6 n u n d l 摩擦端面内径，m m d i = 9 2 3 n u n 一7 一 间二甲苯装置氢气压缩机( j 一1 0 1 ) 机械密封系统改造 对于内装式，弹簧比压常用范围在1 4 7 2 4 5n c m 2 之间， 取2 0n c m 2 ， 计算得 1 3 2 液体载荷力f h 的计算 f k = 1 7 0 3 n 静环示意图如图5 所示，其中d 2 = 9 8 m m ，dl = 9 2 3 m m ，d h = 8 8 9 m m ，封气压力 p l = 1 1 4m p a ，封油压力p 2 = 1 4m p a 。 此可计算得液体载荷力m f h = n 4 ( d 2 2 d h 2 ) p 2 + 霄4 ( d 1 2 一d h 2 ) p 1 = 1 8 6 9 1 7n 图5静环示意图 f i g 5 d i a g r a mo fs t a t i cr i n g s 1 3 3 油膜压力f s p 的计算 在液体摩擦状态下，可计算得n 2 一8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 p s p = p 2 + ( p 。一p 。) ( 1 2i n ( d 2 d 。) 一d 。2 ( d 。2 一d 2 ) ) = 1 3 4m p a f s p = p 印, q 4 ( d 2 2 一d 2 ) = 1 7 8 9 0 6 n 1 3 3x 环摩擦力f r 的计算 x 环无外压时，用弹簧称拉动静环，可大致估测出摩擦力f r = 4 7n 。在有外压时， 可把它看作两个v 型圈的组合，分别计算它们的摩擦力钔，对于v 型圈有： 则 f r = 5 9 p d h f r i = 5 * 0 1 2 9 1 5 0 1 1 4 1 0 5 1 0 4 = 7 6 9n f r 2 = 5 * 0 1 2 9 1 5 0 1 1 6 4 1 0 5 1 0 4 = 9 0n 所以x 环的总摩擦力为： f r = f r + f r i + f r 2 = 2 1 3 9 n 由以上各个力的计算结果可知，当密封面处于边界摩擦时f s p = 0 ，则 f o = f h + f k f r = 1 8 6 9 1 7 + 1 7 0 3 + 2 1 3 9 = 2 2 5 3 3 7n 当密封面处于液体密封时，f g = o ，则机械密封的贴合力与液膜的排开力之差为： f h + f k f s e f r = 18 6 9 17 + l7 0 3 17 8 9 0 6 213 9 = 3 6 5n 0 9 间二甲苯装置氢气压缩机( j 1 0 1 ) 机械密封系统改造 计算结果虽然表明机械密封的贴合力大于液膜的排开力，密封完好。但是如果机械 密封静环组件的弹簧力过小，则会使机械密封密封端面的贴合力小于液膜的排开力，因 而导致密封面脱开而失效，这是密封油出现大量泄露的主要原因。 1 4 机械密封失效分析 机械密封失效主要表现在两个大的方面，一是密封组件损坏造成失效，比如摩擦副 端面磨损、开裂，局部有腐蚀成“麻点”，弹簧卡塞、断裂等等。二是由于压缩机运行 时因为氢气总线压力、流量波动，压缩机入口的压力、流量突然变化，机械密封的静环 组件在高速运转的压缩机的抽力下弹簧压缩量突然增大，使得密封的动、静环密封间隙 增大，而动环组件来不及补偿或者补偿量不够，这时会造成机械密封摩擦副端面泄露的 密封油通过迷宫密封向机体泄露。引起这两方面失效的因素有三点： 设计结构因素： 一是端面比压过小，容易造成端面泄露和磨损； 二是摩擦副端面尺寸大，端面产生的热量大，端面热裂泄露； 三是材质不耐磨，动、静环磨损。 压缩机运行工况因素： 一是压缩机运行时入口压力、流量的变化会影响机械密封的工作状态，严重时会使 机械密封因失效而导致泄露； 二是压缩机密封油泵启动和运行时，如果密封油压力不稳定，容易造成对机械密封 的冲击，导致机械密封失效而泄露。 安装因素： 安装时，由于密封件设计或加工尺寸不合理或有损坏、变形、裂纹等缺陷而凑合安 装上去；或安装动、静环造成端面偏斜或不同心，使动、静环端面受力不均匀局部磨损； 或端面有杂质、灰尘等原因造成机械密封损坏泄露。 1 5 ，j 、结 由于原设计上存在问题，按照生产应用的特殊条件，决定进行技术改造，选用更适 合压缩机的密封系统，即：干气密封。 严格按照说明书来安装，安装时检查各个零件之间的配合尺寸、粗糙度、平行度及 垂直度是否符合设计要求，摩擦端面有无碰坏、变形、裂纹等缺陷，由此可见安装要求 很高，很难确保机械密封的安装质量。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 装配前最好先测量每个弹簧的弹簧力并使其周向均匀分布，并注意弹簧的旋向与轴 的旋转方向一致。 所用的密封油要定期检查和更换。 压缩机的工况条件波动较大，对机械密封造成过大的冲击负荷。 目前根据生产需要，问二甲苯供应市场良好，有很好的经济效益，燕化公司下达了 稳产高产的指令，对此车间频繁进行装置的生产负荷调整，生产负荷已调整到1 0 5 ， 由于流量压力的波动，压缩机j 1 0 1 的机械密封己不能满足要求，必须进行技术改造， 采用更科学的密封形式。 间二甲苯装置氢气压缩机( j 1 0 1 ) 机械密封系统改造 2机械密封失效引起压缩机振动异常分析 j 1 0 1 循环氢气压缩机是二甲苯车间的主要设备。在2 0 0 7 年以后的装置运行中出现 多次机体密封油泄漏，造成系统管线和气液分离振动现象，同时出现多次进出口侧径向 轴承振动振值报警。严重影响了j 1 0 1 循环氢气压缩机的运行，危及安全生产。通过对 j 。1 0 1 异常现象的发生，结合工作原理，振动机理的分析，探讨解决j 1 0 1 故障的具体 措施和处理。 2 1d - 10 1 机组状况、压缩机设计参数： 压缩机设计参数： 压缩机型号： 结构形式： 工艺介质： 入口流量： 入口压力 入口温度 出口压力 出口温度 正常转速： 原密封形式： 0 6 m v 3 a ， 3 级离心压缩机 循环氢； 3 4 8 3n m h ： 1 2 7 5m p a ： 4 9 ： 1 5 5 9m p a ； 6 9 ： 1 1 6 5 0 转分； 机械密封与浮环密封的组合形式，内侧机械密封，外侧浮环 密封 二甲苯装置j 1 0 l 循环氢气压缩机是1 9 8 0 年美国u o p 公司指定从d e m a g 公司进 口的定型设备。该机组是单轴单缸多级径向透平压缩机，由电动机驱动，经过一个齿轮 箱和一个变速联轴节来传动。它没有冷却，只有一个工艺段内操作，共有三级叶轮，主 要是输送二甲苯装置异构化反应所需的循环氢气”。 该机组在线配有轴振动和轴位移监测，分别为v i s a l ，v i s a 2 及轴位移三块表，并 带有报警联锁h 。轴振动报警值为2 0 u m ，联锁值为3 5 u m ，轴位移联锁值为6 0 。j 一10 1 于0 6 年装置改造过程中进行了大检修，0 7 年和0 8 年运行中，出现了多次系统振动和振 动值报警，不正常情况记录见表1 ，为此我们必须分析解决。 压缩机系统见示意图6 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ，： 。 、 冀 卅f 厂卜t l 廿七 _ 1 _ l _ r 、，v l 1 图6压缩机组示意图 i6 s k e t c hf o m p r e s s o r 1 压缩机运行变化状况 a b 1 v a r i e t yt a t u sf o m p r e s s o r u n n i n g 环氢气 力( m p a )值( u r n ) 位移 期( u m ) 象 0 3 m 3 h ) 口口 i s a li s a 2 6 0 3 372 5220 常 6 0 7 2 2521 571 振半小时 6 0 7 2 80 327 1 现两次报警 7 0 9 2 59 34 504 现报警 7 1 1 1 69 3 4 524 现报警 2 压缩机振动监测系统 2 1 通过在线振动监测分析仪表指示振动值是否为真反映 了分析了解引起振动因素，因此我们使用了先进的振动设备对压缩机进行了在线 动监测。振动测点见图7 。 过对振动波形图的分析( 见图8 图1 1 ) ，可以明显看出在一个旋转周期内出现 冲击图形，而同时间的南端的波形图却没有明显的冲击波形出现，北端的冲击波形是 整体波形上升的趋势上突然下降而且维持时间非常短，每个周期出现一次，且时间间 相同。测振仪垂直方向测量类似的冲击波形再次出现，与水平波形图中的冲击波提前 4 周期。该冲击波的特点是： 间一甲苯装置氢气压缩机( j - 1 0 1 ) 机械密封系统改造 相关 ( 1 ) 与整体波形上升的趋势相违背。 ( 2 ) 波形变化剧烈、瞬时。 ( 3 ) 在每个周期的固定时间出现。 ( 4 ) 从相差9 0 “的两个测量波形图对比分析，该冲击波的出现与轴的某个固定位置 图7 压缩机振动测点分自示意图 f i g7d i a g r 锄o fc o m p r e s s o rv i b r a t i o nm e a s u r i n gp o i n td is t r i b u t i o n 大连理工大学专业学位硕士学位论文 j 1 j - 1 0 1 c o m p f r e q u e n c yi nk c p m o301 2 5 1 1 m ei nm 0 c 2 盯 图82 0 0 8 年1 2 月1 5 日北端水平方向振动波形图 r o u t es p e c t r u m 孓1 2 - 0 8l o ：3 8 = 3 5 o v e r l l 7 5 ed 由o p p - 1 7 4 9 l o d = 1 0 0 o r p m - 1 2 5 2 5 ( 2 0 8 7 6h z ) r o u t ew a v e f o r m 量1 2 - 0 81 0 ：3 8 ：3 8 p - p 1 6 p k i + ，- l = 8 5 8 1 1 5 2 8 c r e s t f - 2 5 6 f r e q ： 0 r d r ： s p e c ： 9 9 7 3 翩 f i g 8 h o r i z o n t a lv i b r a t i o nw a v e f o r m o fn o n e - d r i v i n gs i d eo nd e c 1 5 岫2 0 0 8 c ! 王 c i 兰 a 正 正 j 1 一j - t 0 1 c o m p f r e q u e n c yi nk c p m oab0 21 51 82 甜对 1 1 m i ni i i s e c $ r o u t es p e c t r u m 孓1 枷1 0 ：3 8 ：1 7 o v e r l l = 1 0 0 5d d g p - p - 1 0 0 4 l o d = 1 0 0 0 r p m 一1 2 5 2 4 ( 2 0 8 7 3h z ) r o u t ew a v e f o r m 量1 2 - 0 81 0 ：3 8 ： 7 p - p - 1 0 0 9 p k l 卅1te 觥5 0 c r e s t f = 1 7 9 图92 0 0 8 年1 2 月1 5 日南端水平方向振动波形图 f r e q ： o r d r s p e c ： 9 j 7 9 1 b s 镐 f i g 9 h o r i z o n t a lv i b r a t i o nw a v e f o r mo fd r i v i n gs i d eo nd e c 1 5 “2 0 0 8 一1 5 一 _c口童呈奢石， 一cu一王ul-暑eotlt石 c!王量茗lu!曩兰。 间二甲苯装置氢气压缩机( j 1 0 1 ) 机械密封系统改造 警 2 1 = 三 l 暑 兰 鼍 皇 a f r e q u e n c yi nk c p m oa691 2 5 t | m el nm s c s 2 拍打 r o u t es p e c t r u m 1 孓1 2 o i l o ：3 8 ：3 5 o v e r a u i1 7 4 4d 由o p p = 1 7 3 7 l o d - 1 0 0 且 r i p m - 1 2 6 2 5 i 瑚7 9h 硝 r o m ew a v e f o m 1 5 - 0 2 - 0 81 0 3 8 ：3 8 p p - 1 7 筋 p k f + ，l = 9 ，8 0 1 3 3 c r e s r f = 2 1 4 图l o2 0 0 8 年1 2 月1 5 日北端垂直方向振动波形图 f r e q ： o r d r s p e e ： 9 脚 了 1 4 f i g 1 0 v e r t i c a lv i b r a t i o nw a v e f o r mo fn o n e - d r i v i n gs i d e o nd e c 1 5 曲2 0 0 8 j 1 - j - 1 0 1 c o m p o 3 2 5 2 1227 1 1 m m m s c r o u t es p e c t r u m 1 5 - 1 2 - 0 81 0 册：1 7 o v e r u ，1 0 1 7o 由o p - p 1 0 1 3 l o a d = 1 0 0 o r p m - 1 2 0 1 9 ( 2 0 0 a lh z ) r o u t w a y f o r e 5 2 - 0 81 0 ：3 8 ：1 7 p - p = 1 0 1 e p k i 卅- i 。b 1 2 6 $ 1 c r e s t f - 1 b 4 f r e q ： 0 r d r ： s p e c ： 图1 12 0 0 8 年1 2 月1 5 日南端垂直方向振动波形图 9 8 2 4 8 ，潍 f i g 11 v e r t i c a lv i b r a t i o nw a v e f o r mo fd r i v i n gs i d eo nd e c 1 5 n2 0 0 8 誉兰=ul普石斗l ：卫王ui芒誊等idiio 大连理工大学专业学位硕士学位论文 经过以上分析，我们认为j - l o l 压缩机的仪表系统采用的是b e n t l e y7 2 0 0 型测振 仪n ，振动值超标不是机械故障引起，而是由于机械密封泄漏使轴表面附着杂质，影 响转子动平衡。 2 3d - 10 1 机组工作原理及产生振动机理 离心式空气压缩机属于动力式空气压缩机。其基本工作原理是用高速回转的叶轮提 升气体分子动能，再经过扩压器使气体分子的动能转化为压力能( 这时就实现气体的压 缩) 。 2 3 1离心式压缩机的结构、主要零部件。 ( 1 ) 结构： 离心式压缩机转动的部件统称为转子，不能转动的零部件称为静子。压缩机的级由 叶轮及其相配合的固定元件组成。气体压缩过中的中间冷却，需要将压缩机分为多段。 每个机壳所包括的机器本体称为缸引。 ( 2 ) 主要零部件： 转子转子是离心式压缩机的主要零部件，它由主轴、叶轮和平衡盘等组成。 主轴：其上安装所有零部件，其作用就是支持旋转零件及逆转矩。 叶轮：也称工作轮，是压缩机中最重要的一个部件。气体在叶轮片的作 用下，随叶轮高速旋转，气体由于受旋转离心力的作用以及在叶轮里的 扩压运动，使气体压力提高。此外，气体速度也得到提高。 平衡盘：在多级离心式压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力不等， 使转子受到一个低压端的合力，即轴向力。轴向力对于压缩机的正常运 转十分不利，它会使转子向一侧窜动，甚至使转子与机壳相碰，造成事 故。因此，应设法平衡( 消除) 它。 静子：静子中所有零件均不能转动。它由机壳、扩压器、弯道、回流器、涡室和 密封等组成。 。机壳：机壳又称气缸，是静子中最大的零件。它通常是用铸铁或铸纲 浇铸出来的。对于高压离心式压缩机，均采用圆筒锻纲机壳。机壳一般 有水平中分面，便于装配。上下机壳用定位销定位，螺栓连接。 扩压器：叶轮对气体作功，使气体的压力和速度均得到提高。为了充分 利用速度能常在叶轮后面设置扩压器，把气体的速度能转换为压力能 弯道：在多级离心式压缩机中，通过弯道是气体拐弯进入下一级，弯道 间二甲苯装置氢气压缩机( j 一1 0 1 ) 机械密封系统改造 是由机壳和隔板构成的弯环形空间。 回流器：使气流按所需的方向均匀地进入下一级。它由隔板和倒流叶片 组成。 涡室：其作用是把扩压器后面或叶轮后面的气流汇集起来，把气体引到 压缩机外面去，流向气体输送管道或流到冷却器去进行冷却。 密封：其作用是防止气体在级间倒流及向外泄露。密封有隔板密封、轮 盖密封和轴端密封。 j 1 0 1 循环氢气压缩机是离心式压缩机，是由机壳内高速旋转的叶轮带动气体一起 旋转而产生离心力，从而把能量传给输送介质，使介质压力、温度、比容均发生变化， 满足工艺生产要求。由于离心机组的流道形状及进出口管路较为复杂，气流参数变化是 随时间和工况而改变的，所以气流在机体内的运动是一个周期性的不稳定的流动。每台 机组工作点都是处于机组本身特性曲线及管路构成的特性曲线来确定的，当机械密封失 效后，随着工况的变化，压缩机的工作条件也是在变化的，机组振动也就反映了这种变 化带来的相应反应，二甲苯j 1 0 1 循环氢气压缩机工艺流程简图如图1 2 。 图1 2j 一1 0 1 压缩机工艺流程图 f i g 1 2 c o m p r e s s o rt e c h n i c a lf l o wc h a r t 由以上分析可以充分确定j l0 1 机组工作点是不断变化的，机械密封失效产生气体 泄漏，当气压、气体流量变化过大或吸入量不够时势必造成工况变化大，转子浮动加剧， 反映在两端轴振动上。另外密封油的泄漏使压缩机转子存在的不平衡，特别是动不平衡 大连理工大学专业学位硕士学位论文 直接反映转子高速运转时存在较大偏心力，这样转子运转中的振幅将更大。同时由于密 封油的泄漏，影响了轴瓦的润滑，使轴瓦间隙过大、过小都将会产生转子振动加大。 2 3 2 对d - 1 0 1 机组运行异常原因的分析 ( 1 ) 从该机组操作技术数据判断分析。 表1 可查当时f a r l 1 0 5 即j 1 0 l 出口流量仅为1 5 2 0 1 0 3 m 3 h 之间，以往正常操 作为2 5 1 0 a m 3 h 以上。按设计指标f a r l 1 0 5 在3 7 7 3 3 2 1 0 3 m 3 h 之间，很明显 f a r l 。1 0 5 流量是缩小的引。 判断造成f a r l 1 0 5 流量减小的原因是：当入口气量不足时，防喘振阀f a i 1 快速 打开，调节到稳定状态，这样一部分气流循环补充了压缩机的亏气量，另一部分才是 f a r l 1 0 5 的值。在此情况下，该机组吸入量不足是依靠防喘振系统维持的。吸入量不 足的主要原因主要集中在f 1 0 1 及r 1 0 1 和压缩机机体。f 。1 0 1 在操作上反应前后压力 正常，判断f 1 0 1 正常。r 1 0 1 内部装填厚为1 5 l m m 气液分离网，观察r 1 0 1 前后压差 变化不大，由于0 7 年检修刚换的新网，所以判断r 一1 0 1 正常，由此推理只有压缩机密 封系统问题，引起气流振荡和吸入量不足的关键，必须解决。 ( 2 ) 转子组件动不平衡的分析。 j 1 0 1 压缩机转子允许残余不平衡量为8 0 9 m m 。0 7 年检修转子动平衡情况：左校正 面为2 4g m m ，右校正面为2 4 9 m m 。于0 7 年7 月开车后情况较好。该机组在运行中由 于机械密封系统失效，从而使介质夹带污垢、带液等原因，势必造成转子各部位不均、 结垢等现象，将严重影响转子平衡精度。从目前振动值较高，常处于报警状态看，转子 动平衡效果差的问题已经存在，转子需进行动平衡试验同时密封系统需进行改造。 ( 3 ) 轴瓦间隙的分析。 0 7 年检修时，轴瓦安装情况记录见表2 。 表2 轴瓦安装情况记录 t a b 2 r e c o r d so fb e a r i n gi n s t a l1 a t i o n 项目进气侧 出气侧 轴瓦间隙( n u n )0 1 0 90 1 0 0 j 一1 0 1 采用的是径向滑块轴承支撑，由于密封失效，密封油泄漏，影响油系统的正 常润滑，造成滑块轴承间隙偏大，在运转工况下，将造成轴承局部承载能力下降，同时 受气流、转速等因素变