合成氣壓縮機(jī)干氣密封損壞原因及改造

俞吉祥，楊 清，徐莎莎，樊 波

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816000)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司年產(chǎn)300 kt合成氨裝置以天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的副產(chǎn)尾氣為原料，經(jīng)脫硫、加氫轉(zhuǎn)化除去烯烴和炔烴，中低變換除去一氧化碳，MDEA脫碳，變壓吸附工序制得純度99.7%(體積分?jǐn)?shù))的氫氣；然后與中壓氮?dú)獍匆欢ū壤旌希?jīng)甲烷化精制、合成氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)行氨合成。其中，合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)型號(hào)為N40/56/0，屬于全凝式，進(jìn)汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.45 MPa、溫度為420 ℃、流量為52.6 t/h。離心式壓縮機(jī)型號(hào)為2BCH509/A+2BCH508/A，分為2個(gè)缸、四段壓縮。壓縮機(jī)軸端采用干氣密封，低壓缸干氣密封采用FLOWSERVE公司T形槽，高壓缸干氣密封采用JohnCrane公司樅樹槽[1-2]。

1 合成氣壓縮機(jī)工藝流程

來自甲烷化工序的工藝氣(2.7 MPa、38 ℃)經(jīng)入口分離器進(jìn)行水氣分離后，進(jìn)入低壓缸壓縮，經(jīng)段間冷卻器205E0507- 1和段間分離器205S0506- 1后，進(jìn)入二段壓縮至7.05 MPa，經(jīng)段間冷卻器205E0507- 2、段間氨冷器205E0506和段間分離器205S0506- 2后，工藝氣進(jìn)入分子篩系統(tǒng)除去其中水分，防止合成塔催化劑中毒。除去水分的干燥工藝氣進(jìn)入三段壓縮，壓力提高至14.06 MPa，與來自合成工序冷交換器的循環(huán)氣混合進(jìn)入壓縮機(jī)四段壓縮，壓力提高至14.92 MPa、溫度為55 ℃，然后送往合成塔進(jìn)行氨合成。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)二回一、四回三和四回四3條防喘振線以保護(hù)機(jī)組[3-4]。合成氣壓縮機(jī)工藝流程見圖1。

2 干氣密封流程

合成氣壓縮機(jī)干氣密封采用帶中間迷宮密封的串聯(lián)式干氣密封結(jié)構(gòu)型式[5]。干氣密封主密封氣來自合成氣壓縮機(jī)三段出口的工藝氣，工藝氣進(jìn)入過濾器除去工藝氣中的雜質(zhì)，然后通過調(diào)節(jié)閥PV5451、PV5430、PV5474調(diào)節(jié)，分別進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)高、低壓缸驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端干氣密封，進(jìn)入干氣密封的主密封氣與軸端介質(zhì)的壓差在10 kPa以上。2.8 MPa中壓氮?dú)庾鳛楹铣蓺鈮嚎s機(jī)開機(jī)時(shí)的主密封氣氣源；干氣密封二級(jí)密封氣采用0.65 MPa低壓氮?dú)庾鳛闅庠?，二?jí)密封氣經(jīng)過濾器除去低壓氮?dú)庵械碾s質(zhì)，然后通過減壓閥PV5453減壓至0.1～0.3 MPa后再進(jìn)入干氣密封中；隔離氣也采用0.65 MPa低壓氮?dú)庾鳛闅庠?，通過減壓閥減壓至15 kPa左右，然后進(jìn)入壓縮機(jī)軸端以防止軸端油進(jìn)入干氣密封。干氣密封工藝流程見圖2。

3 干氣密封損壞情況

2014年5月27日10：00，化肥廠二車間合成氨裝置前系統(tǒng)生產(chǎn)正常后，合成氣壓縮機(jī)計(jì)劃開車；接到開車指令后，機(jī)組操作人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行開機(jī)前檢查確認(rèn)；13：00，機(jī)組允許啟動(dòng)條件滿足；14：00，對(duì)合成氣壓縮機(jī)組給予891 r/min暖機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速達(dá)891 r/min后，進(jìn)、出口壓力為2.7 MPa，壓縮機(jī)低壓缸干氣密封一級(jí)泄漏氣壓力由101 kPa快速上漲至726 kPa，造成合成氣壓縮機(jī)聯(lián)鎖跳車，拆檢后發(fā)現(xiàn)干氣密封損壞。

圖1 合成氣壓縮機(jī)工藝流程

圖2 干氣密封工藝流程

2014年10月29日15：35，合成氨裝置中變系統(tǒng)故障，主控按下全裝置緊急停車按鈕，壓縮工序五大機(jī)組除原料氣壓縮機(jī)外其余機(jī)組聯(lián)鎖跳車，操作人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行緊急停車處理。停機(jī)過程中發(fā)現(xiàn)，合成氣壓縮機(jī)高壓缸干氣密封一級(jí)泄漏氣壓力突然上升至1 016 kPa。

4 干氣密封損壞的原因分析

(1) 機(jī)組頻繁開、停車，造成干氣密封靜環(huán)損壞

本合成氨裝置處于原始試車階段，由于上游裝置或本裝置原因，裝置故障停車頻繁，合成氣壓縮機(jī)組頻繁進(jìn)行開、停車操作。設(shè)計(jì)合成氣壓縮機(jī)低速暖機(jī)過程中投用的主密封為中壓氮?dú)猓瑝毫s為2.8 MPa。壓縮機(jī)啟動(dòng)前，缸內(nèi)介質(zhì)壓力與壓縮機(jī)干氣密封主密封氣壓力壓差小，主密封流量低，導(dǎo)致干氣密封動(dòng)、靜環(huán)摩擦損壞，存在嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷。

(2) 高壓缸缸體壓力高于主密封氣壓力，導(dǎo)致干氣密封損壞

壓縮機(jī)緊急停車時(shí)，為保護(hù)機(jī)組安全，防喘閥快速全開。防喘閥全開后，高壓段較高壓力的氣體通過防喘線進(jìn)入合成氣壓縮機(jī)三段，高壓缸缸體壓力較高；而主密封氣由于管路長(zhǎng)、管徑小、管件多等因素導(dǎo)致壓損加大。此時(shí)會(huì)對(duì)干氣密封造成以下影響：①來自合成氣壓縮機(jī)三段出口的干氣密封主密封氣壓力低于高壓缸缸體內(nèi)壓力，致使干氣密封動(dòng)、靜環(huán)間氣膜變薄或消失，干氣密封動(dòng)、靜環(huán)硬摩擦，損壞干氣密封。②高壓缸缸體內(nèi)壓力大于主密封氣的壓力，高壓缸缸體內(nèi)的工藝氣反竄至干氣密封中。而壓縮機(jī)各段入口管道過濾器的過濾精度遠(yuǎn)低于干氣密封盤站過濾器的過濾精度，氣體中攜帶的雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封，導(dǎo)致干氣密封動(dòng)、靜環(huán)摩擦，雜質(zhì)致使干氣密封靜環(huán)損壞。③高壓缸缸體壓力大于主密封氣壓力，缸體內(nèi)高壓氣體通過壓縮機(jī)組腔體與干氣密封 O形圈之間進(jìn)行泄漏，導(dǎo)致干氣密封O形圈損壞。

5 改造措施

(1) 合成氣壓縮機(jī)主密封管線增設(shè)增壓泵，保證合成氣壓縮機(jī)在開機(jī)過程中主密封氣與壓縮機(jī)軸端介質(zhì)的壓差始終大于10 kPa，避免機(jī)組在開機(jī)過程中因主密封氣流量低使動(dòng)、靜環(huán)長(zhǎng)期摩擦而損壞。

(2) 在合成氣壓縮機(jī)四段出口工藝管道上增加DN 80 mm聯(lián)鎖放空閥，在壓縮機(jī)防喘振閥全開時(shí)，聯(lián)鎖放空閥全開泄壓，保證主密封氣壓力始終大于高壓缸軸端介質(zhì)側(cè)壓力，防止缸體內(nèi)氣體反竄至干氣密封致其損壞。

(3) 將原有干氣密封O形橡膠密封圈更換為聚合物密封圈，防止由于O形密封圈使密封卡滯和沒有快速減壓造成O形密封圈的爆裂損壞。

6 結(jié)語

合成氣壓縮機(jī)干氣密封通過技術(shù)改造、材質(zhì)升級(jí)等改善措施后，從2015年2月運(yùn)行至今，未出現(xiàn)干氣密封損壞的設(shè)備事故，取得了良好的效果，保證了裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 俞吉祥，楊清，徐莎莎，等.合成氣壓縮機(jī)干氣密封出現(xiàn)的問題及解決措施[J].山東化工，2017，46(20)：86- 88.

[2] 張錫德，李斌，石鑫，等.合成氣壓縮機(jī)干氣密封異常的原因分析及對(duì)策[J].大氮肥，2014，37(3)：179- 183.

[3] 何明珍.合成氣壓縮機(jī)干氣密封失效分析與故障處理[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2013(4)：87- 90.

[4] 胡繼衛(wèi)，張學(xué)信.透平氨壓縮機(jī)組干氣密封磨損原因分析和解決措施[J].化肥工業(yè)，2017，44(1)：35- 37.

[5] 戴偉，葉慶輝，彭波.氨壓縮機(jī)干氣密封技術(shù)改造總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2008，35(6)：64- 67.