基于TRIZ创新理论的压缩机干气密封盘损坏问题的分析解决

来源:用户上传      作者:李霞 张战勇

　　摘 要：本文对工程问题进行了描述，针对干气密封盘损坏的问题，明确了技术系统。通过TRIZ理论，利用因果轴分析法、技术矛盾分析法、物理矛盾分析法、物―场分析法，采用39个通用参数和40个发明原理构成的矛盾矩阵以及76个标准解中的一般解法，找到合理的解决方案。利用创新的思维模式，为问题的解决提供了新的途径，更加有效地解决了工程技术领域的实际问题。
　　关键词：离心式压缩机;动环;干气密封;TRIZ理论
　　中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）33-0156-03
　　Abstract： This paper describes the engineering problems， and defines the technical system for the damage of dry gas seal disk. Through TRIZ theory， nine reasonable solutions are found by using causal axis analysis method， technical contradiction analysis method， physical contradiction analysis method and object field analysis method， using the contradiction matrix composed of 39 general parameters and 40 invention principles and the general solution of 76 standard solutions. The use of innovative thinking mode provides a new way to solve problems and more effectively solve practical problems in the field of engineering technology.
　　Keywords：centrifugal compressor;moving ring;dry gas seal;TRIZ theory
　　在甲醇的生产过程中，合成气由压缩机加压后送往甲醇合成塔，投用以来，压缩机密封盘中的动环总出现不同程度的损坏。分析损坏的原因及维护压缩机的正常运行尤为重要。TRIZ理论和方法已经发展成为一套解决新产品开发实际问题的成熟的理论和方法体系[1]。其核心优势在于开发了一套系统化的解决发明问题的思维流程，并辅以完善的知识库。本文利用TRIZ工具分析解决工程技术问题，提出有效解决方案，效果显著[2]。
　　1 工程问题描述
　　1.1 工程问题背景
　　由天然气转化合成甲醇时，合成气须使用离心式压缩机逐级加压后输送至合成塔合成甲醇产品。压缩机所采用的密封形式为干气密封。密封盘设计寿命5年以上，然而使用过程中，经常出现故障，每半年甚至更短的时间就会出现不同程度的损坏，未达到设计寿命，造成装置停车，带来经济损失。
　　1.2 主要问题描述
　　压缩机干气密封盘中动、静环间压力过高时，气膜刚性不足，动、静环就会接触磨损，甚至开裂。
　　1.3 系统工作原理
　　当机组高速运转时，气体充入密封盘的动、静环之间，动环表面有一系列单向螺旋槽，随轴承旋转时引入气流，在环形面上形成密封堰，产生的压力（开口力）使动、静环表面分开，当闭合力与流膜内产生的开口力相等时，密封面之间建立3～5 μm厚度的气膜，产生密封作用，其目的是对输送的合成气产生阻力，使其提高压力（见图1）。
　　2 问题分析过程及方案的形成
　　针对干气密封盘动环损坏的问题，运用TRIZ理论进行分析，寻找解决问题的方案。
　　2.1 因果轴分析
　　因果轴分析是通过构建因果链探明事件发生的原因和产生的结果之间的关系的分析方法，以找出问题产生的根本原因[2]。运用TRIZ理论进行因果轴分析，针对密封盘中动环损坏问题分别向原因轴及结果轴进行分析追寻根原因，如图2所示。
　　通过因果轴分析可知：冷却程度大，干气入口温度低导致水蒸气液化;停车降温使蜗壳处有积液从而导致CO2溶解;滤芯效率低，过滤不干净，导致颗粒物夹杂;分离器分离效果差，导致混合气中水碳比高。这些都会导致气膜刚性不足，使动、静环摩擦，从而损坏动环。经过分析排查对干气入口温度及各气体成分相态进行计算，发现干气入口温度低是导致气膜刚性不足造成动环损坏的根源。
　　2.2 技术矛盾分析与解决
　　技术矛盾是指一个作用同时导致有用及有害两种结果，也可指有用作用的引入或有害效应的消除导致一个或几个子系统或系统变坏[1]。通常表现为两个参数之间的矛盾，改善系统的某一个参数，会导致另一个参数的恶化。本系统研究密封盘损奈侍猓初步方案有3种。一是增大机组工作转速，确保动、静环间干气量达到设计值，缺陷是增加混合气的流量，增加电能消耗量，增加运行成本等。二是更换干气密封盘，存在缺陷是增加维修成本。三是更换高效分离器，使水碳比满足工艺设计要求，确保干气中不夹带水雾，从而保证干气质量，存在缺陷时须进行设备改造，同样增加投资成本。
　　运用技术矛盾分析法，定义技术矛盾，如果增大动、静环间压力，那么可充分挤压干气，提高干气膜刚性，从而阻止合成气进入密封盘，但是动、静环会接触磨损。如果减小动、静环间压力，动静环可避免接触磨损，但气膜刚性不足，无法有效阻止混合气。在阿奇舒勒总结出的表述系统性能的39个通用参数中，得到改善的参数为可操作性，恶化的参数为可靠性。查找由39个通用参数和40个发明原理构成的矛盾矩阵，得到4个可用的发明原理：NO.10预先作用原理，NO.14曲面化原理，NO.24中介物原理，NO.37热膨胀原理。分别利用这4个发明原理，得到概念解决方案。
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