合成氣壓縮機干氣密封出現的問題及解決措施

俞吉祥，楊 清，徐莎莎，樊 波

(青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司,青海格爾木 81600)

生產與應用

合成氣壓縮機干氣密封出現的問題及解決措施

俞吉祥，楊 清，徐莎莎，樊 波

(青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司,青海格爾木 81600)

通過介紹合成氣工藝流程、干氣密封流程，分析了合成氣壓縮機干氣密封損壞的原因，確定了干氣密封由于設計缺陷、雜質氣體反串到干氣密封等原因造成損壞。為此通過技術改造、材質升級使干氣密封不受損壞，提高了裝置長周期運行。

干氣密封;損壞;措施

青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司年產300kt合成氨裝置，是以天然氣部分氧化法生產乙炔的副產尾氣為原料，經脫硫、加氫轉化除去烯烴和炔烴、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%的氫氣，然后與中壓氮氣成比例混合經甲烷化精制、合成氣壓縮機壓縮后進行氨合成。其中合成氣壓縮機汽輪機型號為N40/56/0，屬全凝式，進汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.45MPaA、溫度420℃、流量52.6t/h。離心式壓縮機型號為2BCH509/A+2BCH508/A,分為2個缸、四段壓縮。壓縮機軸端采用干氣密封，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 合成氣壓縮機工藝流程

來自甲烷化工序的工藝氣(2.7MPa A、38℃)經入口分離器進行水氣分離后，進入低壓缸壓縮，經段間冷卻器205E0507-1和段間分離器205S0506-1進入二段壓縮至7.05MPa A，經段間冷卻器205E0507-2、段間氨冷器205E0506和段間分離器205S0506-2后，工藝氣進入分子篩系統除去工藝氣中水分，防止合成塔催化劑中毒。除去水分的干燥工藝氣繼續進入三段壓縮，壓力提高到14.06MPa A，與來自合成工序冷交換器的循環氣混合進入壓縮機四段壓縮，壓力提高到14.92MPa A、溫度為55℃送往合成塔進行氨合成。壓縮機設計二回一、四回三和四回四3條防喘振線以保護機組,工藝流程見圖1。

圖1 合成氣壓縮機工藝流程圖

2 干氣密封流程

合成氣壓縮機干氣密封采用"帶中間迷宮密封的串聯式干氣密封結構型式"。其中干氣密封主密封氣來自合成氣壓縮機三段出口的工藝氣，工藝氣進入過濾器除去工藝氣中的雜質后通過調節閥PV5451、PV5430、PV5474調節，分別進入合成氣壓縮機高低壓缸驅動端和非驅動端干氣密封，進入干氣密封的主密封氣與軸端介質的壓差在10kPa以上。中壓氮氣(2.8MPa A)作為合成氣壓縮機開機時的主密封氣氣源。干氣密封二級密封氣用低壓氮氣(0.65MPa)作為氣源，二級密封氣經過濾器除去低壓氮氣中的雜質后通過減壓閥PV5453減壓至0.1MPa-0.3MPa進入干氣密封中。隔離氣也用低壓氮氣(0.65MPa)作為氣源，通過減壓閥減值15kPa左右進入壓縮機軸端防止軸端油進入干氣密封。干氣密封流程圖見圖2。

圖2 干氣密封流程圖

3 干氣密封損壞經過

3.1 經過(一)

2014年5月27日10時，化肥廠二車間合成氨裝置前系統生產正常后，合成氣壓縮機計劃開車；接到開車指令后，機組操作人員對機組進行開機前檢查確認， 13時機組允許啟動條件滿足，14時對合成氣壓縮機組給予891r/min暖機轉速，當實際轉速至891r/min后，進、出口壓力2.7MPA時，壓縮機低壓缸干氣密封一級泄漏氣壓力由101kPa快速上漲至726kPa，造成合成氣壓縮機聯鎖跳車，拆檢后發現干氣密封損壞。

3.2 經過(二)

2014年10月29日下午15:35分，合成氨裝置中變系統故障，主控按下全裝置緊急停車按鈕，壓縮工序五大機組除原料氣壓縮機外其余其它機組聯鎖跳車，操作人員對機組進行緊急停車處理。停機過程中發現合成氣壓縮機高壓缸干氣密封一級泄漏氣壓力突然上升到1016kPa。

4 干氣密封損壞的原因分析

4.1 機組頻繁開、停車，造成干氣密封靜環損壞

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，合成氣壓縮機組頻繁進行開、停車操作。設計合成氣壓縮機低速暖機過程中投用的主密封為中壓氮氣，壓力約為2.8MPa。壓縮機啟動前，缸內介質壓力與壓縮機干氣密封主密封氣壓力差壓小，主密封流量低，導致干氣密封動、靜環摩擦損壞，存在嚴重的設計缺陷。

4.2 高壓缸缸體壓力高于主密封氣壓力致干氣密封損壞

壓縮機緊急停車時，為保護機組安全，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入合成氣壓縮機三段，高壓缸缸體壓力較高。而主密封氣由于管路長、管徑小、管件多等因素導致壓損大。此時將會對干氣密封造成以下影響：

(1)來自合成氣壓縮機三段出口的干氣密封主密封氣壓力低于高壓缸缸體內壓力，致使干氣密封動靜環間氣膜變薄或消失，干氣密封動靜環硬摩擦，損壞干氣密封。

(2)高壓缸缸體內壓力大于主密封氣的壓力，高壓缸缸體內的工藝氣反串至干氣密封中。而壓縮機各段入口管道過濾器過濾精度低，遠低于干氣密封盤站過濾器的過濾精度，氣體中攜帶的雜質進入干氣密封，導致干氣密封動、靜環摩擦，雜質致使干氣密封靜環損壞。

(3)高壓缸缸體壓力大于主密封氣壓力，缸體內高壓氣體通過壓縮機組腔體與干氣密封“O”型圈之間進行泄漏，導致干氣密封“O”型圈損壞。

5 改造措施

(1) 合成氣壓縮機主密封管線增設增壓泵，保證合成氣壓縮機在開機過程中主密封氣與壓縮機軸端介質的壓差始終大于10kPa，避免機組在開機過程中因主密封氣流量低使動、靜環長期摩擦而損壞。

(2)在合成氣壓縮機四段出口工藝管道上增加DN80的聯鎖放空閥，在壓縮機防喘振閥全開時，聯鎖放空閥全開泄壓，保證主密封氣壓力始終大于高壓缸軸端介質側壓力。防止缸體內氣體反串至干氣密封致其損壞。

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

6 效果

合成氣壓縮機干氣密封通過技術改造、材質升級等改善措施后，從2015年2月運行至今，未出現干氣密封損壞的設備事故，取得了良好的效果，保證了裝置長周期穩定運行。

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

SyngasCcompressorDryGasSealtheProblemsandSolution

YuJixiang,YangQing，XuShasha,FanBo

(Qinghai Salt Lake Industry Co., Ltd.,Chemical Branch,Geermu 81600,China)

Through the introduction of synthetic gas process, dry gas seal process, analyzed the reasons of the damage of dry gas sealing machine synthesis gas compressor, the dry gas seal due to design defects, impurity gases as to the dry gas seal damage etc.. For this reason, the dry gas seal is not damaged and the long period operation of the device is improved through technical renovation and material upgrade.

dry gas seal;damage;measures

2017-08-27

俞吉祥 ,助理工程師，2010年畢業于蘭州石化職業技術學院，現任青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司化肥廠二期合成氨副主任。

TH45

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1008-021X(2017)20-0086-03