循環(huán)氫壓縮機干氣密封系統(tǒng)分析及改造

沈生寶 秦羽棟 楊艷宏（中國石油青海油田公司格爾木煉油廠,青海 格爾木 816000）

1 概述

某廠加氫改質(zhì)裝置循環(huán)氫壓縮機干氣密封形式采用串級密封，主要包括動環(huán)、靜環(huán)、密封圈、防轉(zhuǎn)擋圈、彈簧以及彈簧座。該系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：①一級密封氣的供給與控制，密封氣源為壓縮機出口工藝氣及開停工期間所用的氮氣；②二級密封氣的供給與控制，氣源為氮氣；③干氣密封本體工作部分；④一級密封的泄漏監(jiān)控與排放；⑤二級密封的放空；⑥隔離氣的供給與控制，氣源為氮氣。

2 干氣密封系統(tǒng)存在的問題

自加氫改質(zhì)裝置09年底運行以來，循環(huán)氫壓縮機組干氣密封系統(tǒng)一級密封一直存在著帶液的重大安全隱患，最終在15年5月底造成一級密封動環(huán)碎裂，干氣密封系統(tǒng)失效，引起循環(huán)氫壓縮機聯(lián)鎖停車。

結(jié)合前期干氣密封系統(tǒng)監(jiān)控的相關(guān)參數(shù)，聯(lián)合干氣密封廠家對該干氣密封系統(tǒng)進行了解體分析。干氣密封失效的主要原因為一級密封氣帶液，加之工藝調(diào)整，氣體組分改變，運行溫度又偏低，最終造成較多重組分析出，影響密封運行。隨后，我們對所帶液相進行采樣分析，得出結(jié)論與初步結(jié)論基本一致。

3 帶液問題的改造措施

經(jīng)過對干氣密封存在的問題以及密封失效的原因進行分析，其根源在于一級密封氣源本身在工藝要求下組分較重引起帶液嚴重，且溫度達不到設(shè)計要求，造成一級密封動、靜環(huán)溫度瞬間增高，動環(huán)碎裂。綜合考慮裝置工藝、設(shè)備要求，提出更換一級密封氣源的改造措施：將兩臺新氫壓縮機出口總管線的新氫引入干氣密封系統(tǒng)，以替代壓縮機出口工藝氣作為一級密封氣源。以下就改造措施進行分析，以驗證其合理性。

3.1 工藝要求方面

首先，新氫壓縮機出口氫氣來自PSA提氫裝置，其氫氣純度在99.9%以上，甚至高達99.99%，雜質(zhì)較少，不含液態(tài)組分，只有微量的固體顆粒，經(jīng)過濾器過濾后其潔凈度特別高，是一級密封的最理想氣源。

再次，因工藝流程中循環(huán)氫壓縮機出口工藝氣與新氫壓縮機出口氫氣匯合后，再與原料油一起進入反應系統(tǒng)，所以兩者壓力相差不多，新氫壓縮機出口壓力甚至稍高一點。因此，改造后壓力干氣密封系統(tǒng)要求。

最后，考慮新氫壓縮機故障的影響。因循環(huán)氫壓縮機出口與新氫壓縮機出口相通，若新氫壓縮機聯(lián)鎖停車或其它原因引起的總出口新氫量中斷或減少，這時循環(huán)氫壓縮機出口工藝氣會作為備用氣反倒進入干氣密封系統(tǒng)提供一級密封氣，可保證干氣密封系統(tǒng)繼續(xù)運轉(zhuǎn)，待新氫壓縮機完好運行并入系統(tǒng)后恢復正常。

3.2 設(shè)備要求方面：

對于設(shè)備要求方面考慮，本文主要分析氣源對干氣密封材質(zhì)的腐蝕情況和氣源溫度對干氣密封材質(zhì)的影響情況。

3.2.1 氣源對干氣密封材質(zhì)的腐蝕情況

氫氣在常溫下對普通碳鋼沒有腐蝕，但是在高溫、高壓下則會產(chǎn)生腐蝕，使材料的機械強度和塑性降低。根據(jù)Nelson曲線可看出，一般情況下，碳素鋼在200℃以上的高壓氫環(huán)境中才能發(fā)生氫腐蝕，而新氫壓縮機出口的最高溫度（即聯(lián)鎖停機溫度）為145℃，正常工作溫度為100℃左右，因此，改造后干氣密封系統(tǒng)新氣源對其管線設(shè)備不會造成腐蝕。相比之下，現(xiàn)密封氣源中含有硫化氫、氨鹽等腐蝕性較強氣體，在這方面改造對干氣密封系統(tǒng)更有利。

3.2.2 氣源溫度對干氣密封材質(zhì)的影響情況

該改造措施更換干氣密封一級密封氣源，因此，氣源溫度對材質(zhì)的影響主要針對一級密封工作部分。因其主要輔助部件的材質(zhì)為1Cr13和0Cr18Ni9不銹鋼，耐溫好，所以氣源溫度的影響主要體現(xiàn)在對一級密封動、靜環(huán)的影響。

循環(huán)氫壓縮機的一級密封動環(huán)材質(zhì)采用無壓燒結(jié)碳化硅，該材質(zhì)是一種具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、抗熱震的高性能特種陶瓷材料，是以高純、超細碳化硅粉為原料，加入少量的燒結(jié)助劑，如硼、碳等，在大氣壓的惰性氣體或真空環(huán)境中，1950-2100℃高溫下燒結(jié)而成，成品幾乎完全致密。因為無壓燒結(jié)碳化硅的燒結(jié)溫度高達1950-2100℃，所以新氫壓縮機出口的最高溫度145℃適用于該動環(huán)，影響很小。

其靜環(huán)材質(zhì)為P-10356型浸銻石墨，它是由碳石墨材料浸漬熔融銻金屬制成的一種新型耐磨密封材料，具有很好的耐腐蝕性。它密度小，線膨脹系數(shù)低，在高速高壓下的耐磨性好，使用溫度高約500℃，在－60℃低溫下的尺寸和重量不會發(fā)生變化。通過P-10356型浸銻石墨性能可看出：新氫壓縮機出口的最高溫度不會對該靜環(huán)產(chǎn)生較大影響。

由此可見，無論是從工藝角度的要求還是從設(shè)備角度的要求考慮，該帶液問題的改造措施具有很好的可行性。

4 結(jié)語

本文通過對循環(huán)氫壓縮機干氣密封系統(tǒng)的工作原理進行分析，將當前其運轉(zhuǎn)過程中存在的問題進行了闡述，并提出了相應的改造措施。通過更換一級密封氣源，利用純度高達99%的氫氣替換壓縮機出口工藝氣，徹底解決了干氣密封的帶液問題，同時也防止了循環(huán)氫氣中硫化氫、氨鹽等氣體對干氣密封系統(tǒng)的腐蝕，提高了干氣密封系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而保證了循環(huán)氫壓縮機的正常運轉(zhuǎn)，進而保障了加氫改質(zhì)裝置的平穩(wěn)運行。

[1]金德浩，劉建暉，申濤.加氫裂化裝置技術(shù)問答[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2]宋天民主編.煉油廠動設(shè)備（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2008，2.