合成氣壓縮機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%(體積分數(shù))的氫氣；然后與中壓氮氣按一定比例混合，經(jīng)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，屬于全凝式，進汽為中壓過熱蒸汽，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[1-2]。

1 合成氣壓縮機工藝流程

來自甲烷化工序的工藝氣(2.7 MPa、38 ℃)經(jīng)入口分離器進行水氣分離后，進入低壓缸壓縮，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)氣混合進入壓縮機四段壓縮，壓力提高至14.92 MPa、溫度為55 ℃，然后送往合成塔進行氨合成。壓縮機設(shè)計二回一、四回三和四回四3條防喘振線以保護機組[3-4]。合成氣壓縮機工藝流程見圖1。

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(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(zhì)，然后通過調(diào)節(jié)閥PV5451、PV5430、PV5474調(diào)節(jié)，分別進入合成氣壓縮機高、低壓缸驅(qū)動端和非驅(qū)動端干氣密封，進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中壓氮氣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采用0.65 MPa低壓氮氣作為氣源，二級密封氣經(jīng)過濾器除去低壓氮氣中的雜質(zhì)，然后通過減壓閥PV5453減壓至0.1～0.3 MPa后再進入干氣密封中；隔離氣也采用0.65 MPa低壓氮氣作為氣源，通過減壓閥減壓至15 kPa左右，然后進入壓縮機軸端以防止軸端油進入干氣密封。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；13：00，機組允許啟動條件滿足；14：00，對合成氣壓縮機組給予891 r/min暖機轉(zhuǎn)速，當(dāng)實際轉(zhuǎn)速達891 r/min后，進、出口壓力為2.7 MPa，壓縮機低壓缸干氣密封一級泄漏氣壓力由101 kPa快速上漲至726 kPa，造成合成氣壓縮機聯(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，壓縮工序五大機組除原料氣壓縮機外其余機組聯(lián)鎖跳車，操作人員對機組進行緊急停車處理。停機過程中發(fā)現(xiàn)，合成氣壓縮機高壓缸干氣密封一級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，合成氣壓縮機組頻繁進行開、停車操作。設(shè)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2.8 MPa。壓縮機啟動前，缸內(nèi)介質(zhì)壓力與壓縮機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、靜環(huán)摩擦損壞，存在嚴(yán)重的設(shè)計缺陷。

(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(dǎo)致壓損加大。此時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(nèi)壓力，致使干氣密封動、靜環(huán)間氣膜變薄或消失，干氣密封動、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。而壓縮機各段入口管道過濾器的過濾精度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(zhì)進入干氣密封，導(dǎo)致干氣密封動、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組腔體與干氣密封 O形圈之間進行泄漏，導(dǎo)致干氣密封O形圈損壞。

5 改造措施

(1) 合成氣壓縮機主密封管線增設(shè)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(zhì)的壓差始終大于10 kPa，避免機組在開機過程中因主密封氣流量低使動、靜環(huán)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DN 80 mm聯(lián)鎖放空閥，在壓縮機防喘振閥全開時，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

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

[1] 俞吉祥，楊清，徐莎莎，等.合成氣壓縮機干氣密封出現(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.合成氣壓縮機干氣密封異常的原因分析及對策[J].大氮肥，2014，37(3)：179- 183.

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

[4] 胡繼衛(wèi)，張學(xué)信.透平氨壓縮機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.氨壓縮機干氣密封技術(shù)改造總結(jié)[J].化肥工業(yè)，2008，35(6)：64- 67.