烟气轮机轴封泄漏分析及处理

黄己贵

摘要： 本文对炼油厂催化裂化装置烟气轮机轴封泄漏的原因进行分析，并针对轴封泄漏的原因制定应对方案，采取有效的措施，减少烟气泄漏量，降低轴封外部温度，延长烟机的运行周期，改善机房环境。

    关键词：   泄漏    形变    间隙  

1.0前言

炼油厂催化裂化装置中的烟气轮机是装置的核心设备之一，也是故障率较高的设备之一，它的主要作用就是以装置内催化剂再生烧焦过程中产生的高温烟气为介质，通过烟气轮机将这部分高温烟气的压力能和温度能转化为机械能，驱动主风机做功，为装置提供压缩空气，达到能量回收、降低装置能耗的目的。

烟气轮机的工作环境极其恶劣，烟气不仅温度高达600～700℃，并且还含有大量催化剂粉尘及多种腐蚀性组分，催化剂结垢与轴封泄漏一直是困扰着烟气轮机长周期运行的两大难题，故障严重的烟气汽轮机一年停机检修达3-4次。而轴封泄漏引起的停机检修相对较少，但泄漏烟气的高温对烟气轮机轴承箱轴系监测系统投用完好率造成严重的威胁，泄漏烟气中大量的催化剂粉尘也严重影响着机房的环境。

本文就烟气轮机轴封泄漏的原因进行分析，针对原因制定了两种应对方案，附诸实施，通过3年以上的实践验证，因轴封泄漏而停机检修未发生一起，机房面貌得到极大改善，取得了一定的效果。

2.0 烟气轮机轴封泄漏原因分析

在多次检修中测量转子与蜂窝气封配合间隙时，发现间隙超标，上下气封扣合中分面存在明显间隙，最大处达到1.50mm左右，即使更换新制的气封依旧如此，这说明气封安装的定位与转子的同心度已经发生了较大的偏差；同时气封体与壳体轴向安装定位发生了翘曲变形，壳体定位面相对于轴心线的垂直度已远超要求范围值。

造成烟气轮机壳体气封与转子轴发生形位误差的主要是烟气轮机长期在600～680℃高温环境下运行，加之出口短节重量大，垂直安装在机体上方，烟机壳体在上方的重力与工作环境高温的双重作用下发生轴向与径向的形变，导致气封体安装在壳体定位后明显存在间隙。而冷态下形位公差的偏差在热态下还会加剧，从而引起气封间隙超标，增大了烟气泄漏的几率，这是烟气轮机轴封泄漏的主要原因。

两组汽封均为蜂窝密封，芯格为1.5mm，极易发生富含吸附能力强的的催化剂颗粒填堵芯格而导致密封性能减弱甚至失效，这是造成轴封泄漏的次要原因。

3.0轴封泄漏处理方案

针对轴封泄漏原因分析制定措施：

3.1适量增大芯格尺寸，从设计上来说，每个蜂窝都能进行一次节流效应和一次漩涡效应，同一密封带通流面积上蜂窝分布越多，密封性能就越好。但是烟气轮机介质中携带有大量的催化剂粉末，吸附性较强，很容易堵塞1.5mm尺寸的芯格，从未改动前多次检修发现，芯格几乎完全堵死，蜂窝密封效果部分失效。

虽说增大芯格尺寸后，节流和漩涡效应相对降低，但粉末在密封带间的流动性相对增强了，从而有效降低催化剂粉末积聚堵塞芯格的几率，避免短期内芯格堵塞密封失效。

3.2 调整气封间隙

在已知壳体定位存在较大形位偏差的前提下，调整气封间隙的方法有两种：

3.2.1 制作偏心气封

加高蜂窝芯格高度，根据现场变形量测量后，制作偏心气封，使气封与轴间隙达到标准范围内，在上下左右四个方向间隙均匀，起到密封作用。具体方法是：蜂窝芯格加高5mm，现场通过涂抹红丹粉研磨、贴胶布的方法测量径向尺寸，修复超差部分使间隙达到范围之内，弥补因气封座变形造成的尺寸偏差，之后通过在变形处增加调整垫子、涂抹高温密封胶的方法消除变形所带来的影响。

3.2.1.1作业过程中严控制转子中心和偏移量，确保气封安装在气封座内后，与转子间隙达到标准范围之内，确保转子与气封的同心度。

3.2.1.2通过加高蜂窝气封芯格高度，弥补气封座变形造成的间隙超标引起的泄漏问题

3.2.1.3制作偏心气封，控制气封间隙在总间隙0.5-0.85mm，上下左右间隙控制在0.3-0.4mm，密封气体经过蜂窝气封芯格产生湍流带，增加气流阻尼作用产生吸附效应以及起到摩擦密封的作用，达到良好的密封效果

3.2.1.4增大芯格尺寸，由原来1.5mm增加到3.0mm，延缓催化剂颗粒堆积堵塞芯格。

3.2.2 采用可调式蜂窝气封

国内某公司根据烟机长期运行过程中机组会出现变形、转子偏心等问题，对现用烟机的实际进气分布重新计算，把烟气压力、蒸汽压力、汽封间隙、转子直径、转速、进气孔排气孔直径、进气温度等数据输入到数学模型里，计算出蒸汽的进气分布情况，对气封蒸汽的进气孔分布重新设计。同时对气封外廓尺寸重新计算，保证安装时具有一定的偏移量。安装槽涂抹柔性密封剂后，气封安装可以微量可调，在不研刮气封高度的情况下确保气封与转子的同心度。其安装方法如下：

先将转子回装，调整转子中心位置后，气封体轴向、径向密封面分别涂抹密封剂，根据转子位置调整同心度后紧固；之后在气封安装槽内涂抹适量柔性密封剂，安装气封，根据转子位置及配合间隙要求手动调整气封轴向、径向位置，边点焊边测量，确保气封与转子的同心度。该技术特点为：

3.2.2.1柔性密封剂是金属复合材料，类似于橡皮泥的作用，可以填补因变形而出现的间隙，也可以通过其本身的形变调整气封与转子的相对位置，适用范围广泛，操作简单。且该密封剂在温度升高的过程中逐渐硬化，完全满足支撑及密封要求。

3.2.2.2气封与转子的相对位置调整方便，能有效保证两者的同心度，间隙调整均匀。

3.2.2.3检修时无需拆卸气封，仅拆卸上部气封体清理芯格，再次涂抹柔性密封剂回装即可。

3.2.2.4气封芯格增大后，泄漏量并未增大多少，且芯格堵塞很少。

4.0方案实施效果

在YL4000J烟机上一直采用制作偏心气封技术、YL13000烟机于2019年采用可调式蜂窝气封以来，轴封泄漏量得到有效控制。原轴承箱处温度200℃～250℃，现控制在160℃～170℃左右，消除了轴承箱前端轴瓦温度过高、测温探头超温失效的运行隐患，减少了机组非计划停工的几率；同时避免了催化剂粉尘泄漏导致的环境污染，机组现场环境得到了极大的改善。

制作偏心气封需订购气封，安装时需要两天研刮气封配间隙，工作量比较大；可调式蜂窝气封2019年仅需一次安装点焊，后期检修仅需订购柔性密封剂，且清理方便，耗时较少。2019年投入使用至今，仅在2021年检修时需将上气封体拆卸更换转子时，重新涂抹了气封体中分面柔性密封剂。

从目前应用来看，可调式蜂窝气封在应用效果上较好，调试简单，但费用相对较高；制作偏心气封费用低，间隙调整相对复杂，耗时多，工作量大。

5.0结束语

两种方法的应用，不仅创造了经济效益、安全效益，还消除了机组运行隐患，避免因轴封泄漏而引起的非计划停机，同时也保证了轴系监测系统的投用率，为企业的“安、稳、长、满、优”生产提供了有力保障。

Analysis and treatment of shaft seal leakage of flue gas turbine

Huang Ji Gui  

Abstract: This paper analyzes the reasons for the shaft seal leakage of the flue gas turbine in the catalytic cracking unit of the refinery, formulates the Countermeasures for the reasons for the shaft seal leakage, and takes effective measures to reduce the amount of flue gas leakage, reduce the external temperature of the shaft seal, extend the operation cycle of the flue gas turbine, and improve the environment of the machine room.

Key words: leakage deformation assembly clearance

[作者简介]黄己贵，男， 2000年1月年毕业于北京理工大学，现任中国石油乌鲁木齐石化公司检维修中心机械工程师，电话6919781，电邮[e-mail]