天然氣壓縮機密封油系統故障原因分析及處理

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(1.河南能源化工集團 中原大化公司，河南 濮陽 457000;2.河南金丹乳酸科技股份有限公司，河南 鄲城 477150；3.平頂山神馬萬里化工股份有限公司，河南 平頂山 467000)

?生產與實踐?

天然氣壓縮機密封油系統故障原因分析及處理

白金光1，崔躍軍2，李迎春3

(1.河南能源化工集團 中原大化公司，河南 濮陽 457000;2.河南金丹乳酸科技股份有限公司，河南 鄲城 477150；3.平頂山神馬萬里化工股份有限公司，河南 平頂山 467000)

對天然氣壓縮機密封油系統故障原因進行綜合闡述和分析，通過控制低壓缸平衡氣壓力來提高密封油系統的自適應能力。

天然氣壓縮機組；密封油；故障

0 前言

河南能源化工集團中原大化公司化肥裝置是以天然氣為原料生產合成氨。天然氣壓縮機(離心式)作為關鍵設備之一，為工藝氣提供動力，它的運行性能的優劣直接影響裝置的安、穩、長周期生產。

該壓縮機軸端密封采用浮環油膜密封，由密封油系統提供所需密封油，從而保證壓縮機軸端原料氣體不向外部泄漏。該機組投運初期，由于受天然氣供氣壓力不穩的影響，其密封油系統頻繁出現大幅波動，甚至多次引發機組跳車事故。密封油系統故障一度成為制約裝置安全穩定運行的關鍵因素之一。后來的一次系統停車事故處理中，操作人員的發現為徹底解決密封油系統故障問題提供了契機。

1 天然氣壓縮機組簡介

天然氣壓縮機組包括主機——離心壓縮機和蒸汽透平，以及與其相配套的輔助設備等。天然氣壓縮機由新比隆公司設計生產，型號為2MCL528+2BCL358,兩缸四段十六級葉輪。透平為杭汽制造的中壓、凝汽式蒸汽透平，型號為NK32/26 。透平油系統、冷凝器及真空抽氣系統與其它機組的透平公用。機組的轉速控制為無差、變速調節，由WOOD WARD調速器及配套的液壓執行元件通過控制透平蒸汽進汽量，來調整機組的轉速。

經配氣站PG204調節后的0.125～0.145MPa、30 ℃的工藝天然氣，經壓縮機兩缸四段、多級間冷壓縮，最終升壓至5.15 MPa，送入對流段盤管(03B002E04)預熱后，進入脫硫工序。為防止壓縮機喘振及盤管超溫，在兩缸出口及脫硫工序后都設置了返回管線及控制閥，分別由防喘振控制閥FV01002及循環控制閥HV01001來調節壓縮機及通過盤管的工藝氣流量。

壓縮機采用獨立的油系統，由主潤滑油泵為其提供潤滑油和密封油。主油泵出口壓力依據高壓缸密封油參考氣壓力由差壓自力閥PDCV01032調節控制。潤滑油經冷卻、過濾后，一路經自力調節閥PCV01026減壓供給壓縮機潤滑油；一路通過高、低壓缸密封油高位槽液位調節閥LICV01011和LICV01008控制，分別向高、低壓缸密封油腔室供油。在低壓缸密封油總管上安裝有彈簧式安全角閥PSV0114(設計整定壓力為0.6 MPa)，以避免液位調節閥失控開大造成低壓缸密封油供油壓力高，高位油箱液位上漲過快，滿溢，密封油進入壓縮機缸體。壓縮機軸端密封采用浮環油膜密封。為提高其密封效果，在軸端內側還設置了雙重迷宮密封，由里至外依次形成平衡氣、參考氣和密封油三個環形腔室，兩端對應腔室由連通管聯通。

壓縮機密封油系統的控制方式是由液位調節閥控制其高位油箱液位，通過高位油箱密封油液位高度形成的勢能位差(0.05～0.06 MPa)，使密封油以略高于參考氣壓力進入密封腔室，從而達到封堵工藝氣向外泄漏的目的。為避免因密封油系統故障造成軸端可燃氣體外泄，設置了兩層保護，其一是密封油高位油箱液位低報警，聯鎖輔泵自啟動；其二是密封油高位油箱液位低低報警，聯鎖機組跳車，同時關閉壓縮機進、出口事故電動閥(XV01015和XV01016)，壓縮機缸體排放閥XV01017打開泄壓。

2 壓縮機密封油系統故障

建廠初期，天然氣壓縮機低壓缸密封油系統受壓縮機入口壓力影響多次出現失控現象，并由此導致數次機組聯鎖停車事故。通常壓縮機入口壓力高于0.15 MPa時，低壓缸密封油高位槽液位就難以維持，調節閥LICV01008會迅速開大，液位仍下降，出現這種情況，操作人員為避免密封油系統故障聯鎖機組跳車，緊急開大LICV01008旁路閥以恢復正常液位。這樣做的結果又造成高壓缸密封油高位槽液位也開始下降，最終導致液位低，報警聯鎖備用泵啟動，雙泵并列運行造成泵出口安全閥起跳，整個油路出現劇烈振動，情況十分可怕，若停下備用泵，又將面臨機組聯鎖跳車的境地。

為此，公司強調工藝主控要精心操作配氣站原料氣壓力控制閥PG204，保證壓縮機入口工藝氣壓力嚴格控制在0.115～0.145 MPa范圍內運行。雖然后來在壓縮機入口增加了一條4″放空管線，但遇到后系統跳車，或配氣站天然氣壓力調節閥PG204調節失靈，要想保證機組安全穩定運行，也是十分困難的。

3 壓縮機密封油系統故障原因分析

3.1壓縮機入口工藝氣壓力波動

外管來的天然氣壓力通常在0.5～0.7 MPa，經配氣站分離裝置脫液處理后，由PG204調節閥減壓后送至壓縮機入口。由于該閥口徑大、定位器故障等原因，PG204呈現調節滯后或超調現象，導致壓縮機入口工藝氣壓力波動。

一段爐或后續工藝系統跳車，脫硫回路循環控制閥HV01001全開，脫硫后路高壓氣返回至壓縮機入口，將會造成壓縮機入口持續超壓。工藝原料氣控制閥門故障或壓縮機自身循環閥突然打開，也一樣會導致壓縮機入口持續超壓。

3.2壓縮機密封油系統故障原因

在一次系統停車事故處理中，操作人員檢查發現低壓缸密封油供油管線安全閥PSV0114處于起跳狀態(視鏡位置高，平常很難觀察到)。技術人員由此意識到壓縮機密封油系統故障的原因就是低壓缸密封油壓力過高，造成安全閥起跳，油路泄壓，從而導致供油失衡。重新審視壓縮機低壓缸密封油系統，才發現問題就出在低壓缸平衡氣與壓縮機工藝氣連通管線上。

低壓缸軸端平衡氣管線通常與壓縮機一段入口工藝管線連通，通過調整連通閥開度，降低高壓側軸端漏氣壓力，并使兩端平衡氣腔室壓力相等，從而降低整個軸端密封工藝參考氣壓力和密封油供油壓力。為此連接管線上的切斷閥通常都保持相當大的開度，運行中基本不做調整。

而該機組低壓缸軸端平衡氣管線并非與壓縮機一段入口工藝管線相連，而是與壓縮機二段入口管線聯通。該連通管線是作為補償氣管線引入二級氣到兩端平衡氣腔室，這樣不僅不能降低密封油供油壓力，反而對密封油供油壓力提出了更高的要求。雖然在壓縮機入口設計壓力條件下可以滿足密封油系統正常的控制，但隨著入口工藝氣壓力的波動升高，壓縮機低壓缸軸端密封參考氣壓力將急劇上升，因此密封油壓力會很快達到或超出PSV0114起跳壓力，該安全閥起跳泄壓，導致密封油供應失衡，密封油系統故障。如果壓縮機入口壓力不能及時得到控制，想要恢復密封油系統平衡是不可能的，機組聯鎖跳車也在所難免。

很顯然，壓縮機低壓缸軸端漏平衡氣腔室壓力通常都是正壓環境，且高壓側(二段)漏氣壓力遠高于一段進氣壓力，不需要外部高壓氣補償來保證平衡氣腔室正壓。因此正常運行狀態壓縮機軸端密封不需要外部補償氣，補償氣切斷閥應始終處于關閉狀態。單純來控制補償氣閥門的做法不妥，另一方面對裝置的認識的局限性和PSV0114起跳不易觀察到，也為事故處理增加了難度。

實際運行中，壓縮機入口壓力控制在0.115～0.145 MPa 之間(設計壓力0.12 MPa)，二段入口壓力達到5.1～0.54 MPa，因此低壓缸平衡氣壓力>0.5 MPa，考慮到油氣壓差，這時的密封油壓力應在0.56～0.59 MPa之間，低于PSV0114的起跳壓力，因此是安全的。一旦入口壓力超過0.15 MPa，二段入口及低壓缸平衡氣壓力也將隨之升高，低壓缸密封油壓力將超出PSV0114起跳壓力，從而導致整個密封油系統供應失衡而發生故障。

為此對壓縮機低壓缸平衡氣壓力進行了調整和控制。在機組正常運行時，關閉平衡氣與二段入口連通管線切斷閥，以降低低壓缸軸封參考氣的壓力，提高密封油系統的自適應能力。因此也增大了壓縮機入口壓力的操作范圍。平衡補償氣壓力調整前后各參數數據見表1。

表1 平衡氣壓力調整前后各參數數據 MPa

調整后壓縮機入口壓力在≤0.225 MPa的情況下，可以安全運行。在此之前對機組外圍系統也進行了改進：①將壓縮機脫硫循環控制閥HV01001引入PLC控制系統，使其在后系統跳車時能夠自動關閉，以避免脫硫系統大量的高壓氣體由HV01001返回到壓縮機入口。②對PG204進行改造，增加副線調節閥，實現PG204A/B雙回路分程控制。并將其引入DCS計算機控制系統，由主控室直接進行操作控制。

但需要強調的是在通常配氣站進站氣體壓力較高的情況下，若出現系統跳車，而調節閥PG204不能及時調整到位，仍將會出現密封油系統調節不過來的情況，這就要求主控和壓縮操作人員要密切協作，盡快降低壓縮機入口工藝氣體壓力，同時調整好壓縮機密封油高位槽液位，以保證機組正常連續運行。

4 總結

天然氣壓縮機密封油系統故障的原因和處理結果給我們以很大啟示，化工生產活動是一個系統工程，不放過每一個蛛絲馬跡，注重數據分析，從系統的角度看問題，是解決生產疑難問題最有效的方法和途徑。

2013-12-13

白金光(1964-)，男，高級工程師，從事透平機械運行控制和維修等技術管理工作，電話：13623932629。

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1003-3467(2014)01-0040-02