氨壓縮機干氣密封主密封氣流量低的原因分析及處理措施

呂啟鵬，俞吉祥，毛自君

(青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816099)

青海鹽湖工業股份有限公司化工分公司年產300 kt合成氨的裝置，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%(體積分數，下同)的氫氣[1]，高純氫氣與空分裝置產的高純氮氣按比例混合經甲烷化精制、合成氣壓縮機壓縮后進行氨合成，出塔含氨氣經冷凍分離制得產品氨。氨壓縮機是為冷凍系統提供冷量以滿足生產需要，氨壓縮機汽輪機型號為N25/28/25，屬全凝式，進汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.55 MPa、溫度410 ℃、流量18.6 t/h。離心式壓縮機型號為MCL404+MCL457，分為2個缸、2段壓縮[2]。壓縮機軸端采用干氣密封，高低壓缸均采用28XP串聯式干氣密封，運行可靠性高，使用壽命長，密封氣泄漏量小，功耗低，工藝回路無油污染，工藝氣也不污染潤滑油系統，取消了龐大的密封油供給及測控系統，所占空間小，質量輕，運行維護費用低，減少了計劃外維修費用和生產停車[3]。

1 氨壓縮機工藝流程

來自2#氨冷器的氣氨(0.196 MPa，-15.3 ℃)進入氨壓縮機一段進行壓縮，經一段壓縮后壓力為0.41 MPa、溫度為44.2 ℃，通過分離器后與來自1#氨冷器、合成氣壓縮機段間氨冷器的氣氨進入氨壓縮機二段進行壓縮，二段出口壓力為1.602 MPa、溫度147.6 ℃的氣氨進入氨冷凝器冷凝，二段出口設有二回一防喘管線和二回二防喘管線，以防止壓縮機喘振。來自液氨受槽的液相氨進入一段入口分離器和段間分離器，用于調節壓縮機一段入口和二段入口的氣氨溫度[4]。

2 干氣密封流程

氨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氨壓縮機二段出口的工藝氣，工藝氣經過濾器除去工藝氣中的雜質后通過調節閥PDCV6453、PDCV6473調節，分別進入氨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不小于0.2 MPa。2.8 MPa中壓氮氣作為氨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(0.65 MPa)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PCV6451、PCV6471減壓至0.1～0.3 MPa再進入干氣密封中。隔離氣用低壓氮氣(0.65 MPa)作為氣源，通過減壓閥PCV6452、PCV6453、PCV6472、PCV6473將壓力降至15 kPa左右再進入壓縮機軸端，防止軸端油進入干氣密封。

3 故障經過

自2014年2月氨壓縮機試車到正常運行，干氣密封系統運行良好，未出現故障。2014年8月裝置停車檢修，更換氨壓縮機高低壓缸干氣密封；2014年9月10日，低壓缸干氣密封主密封氣流量FT6451/FT6542在30 min內從3.8 m3/h(標態)下降至1.1 m3/h(標態)，報警值為2.31 m3/h(標態)，為避免干氣密封干磨損壞，機組停車檢查干氣密封系統。

4 原因分析

引起干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的原因較多:干氣密封主密封氣進氣流量變送器FT6451/FT6542故障，儀表提供假信號；干氣密封主密封氣壓力調節閥PDCV6453或其旁路故障，進氣量減少；主密封氣過濾器精度高，工藝氣雜質較多，過濾器濾芯出現堵塞；平衡管堵塞，導致干氣密封主密封氣進氣流量低；干氣密封主密封氣供氣壓力低；干氣密封主密封氣管線堵塞等。

4.1 干氣密封主密封氣進氣流量變送器FT6451/FT6542故障

氨壓縮機低壓缸干氣密封系統主密封氣進氣流量變送器驅動端、非驅動端各一只，FT6451、FT6542的測量值同時從3.8 m3/h(標態)下降至1.1 m3/h(標態)，2只表同時故障的概率極低，且主密封氣與平衡管壓差PDT6453由630 kPa左右下降到90 kPa，一級泄漏氣壓力PT6451/PT6452及一級泄漏氣流量FT6455/FT6546均有所下降，所以排除干氣密封主密封氣進氣流量變送器FT6451/FT6542故障，儀表提供假信號是引起干氣密封氣主密封氣流量持續下降的原因。

4.2 干氣密封主密封氣壓力調節閥PDCV6453或其旁路故障

在干氣密封主密封氣進氣流量FT6451/FT6542同時下降時，主密封氣壓力調節閥PDCV6453的OP值由50%逐漸全開，緩慢全開PDCV6453的旁路閥流量FT6451/FT6542還是持續下降；而PDCV6453或其旁路同時故障的概率很小，可以排除干氣密封主密封氣壓力調節閥PDCV6453或其旁路故障，進氣量減少是引起干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的原因。

4.3 主密封氣過濾器精度太高，工藝氣雜質多，過濾器濾芯堵塞

氨壓縮機4個過濾器濾芯為2014年8月大檢修時更換的過濾精度為2 μm的濾芯，且高低壓缸一次過濾器壓差表均沒有高報，壓縮機一段、二段入口均設有濾網(100目)，所以排除主密封氣過濾器精度太高、工藝氣雜質多、過濾器濾芯堵塞是引起干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的原因。

4.4 平衡管堵塞導致干氣密封主密封氣進氣流量低

平衡管堵塞會使低壓缸軸向位移增大，從低壓缸軸位移曲線可知，軸位移ZE6300為-0.08 mm，ZE6301為-0.06 mm，在干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的過程中沒有發生變化，且平衡管壓力表顯示壓力在正常范圍內，所以排除平衡管堵塞導致干氣密封主密封氣進氣流量低是引起干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的原因。

4.5 干氣密封主密封氣供氣壓力低

氨壓縮機正常運行期間，干氣密封主密封氣來自高壓缸二段出口，壓力為1.5 MPa，溫度為140 ℃。經過濾后由主密封氣壓力調節閥PDCV6453控制壓力，主密封氣大部分經過前置迷宮密封流向平衡腔室，小部分經過一級密封從一級排放口排放;如果干氣密封主密封氣供氣壓力由于某種原因急劇下降，會影響主密封氣的流量。但根據氨壓縮機二段的出口壓力一直在 1.5 MPa 左右，溫度在140 ℃左右，因此可以排除干氣密封主密封氣供氣壓力低是引起干氣密封主密封氣進氣流量持續下降的原因。

4.6 干氣密封主密封氣管線堵塞

干氣密封主密封氣管線被白色晶體堵塞的原因可能有：①冷凍系統有微量水；②機組在開停車過程中干氣密封主密封氣為2.8 MPa的中壓氮氣，其中可能含有微量CO2；③管道發生電化學腐蝕或化學腐蝕。

4.6.1 冷凍系統有微量水

由于該裝置地處察爾汗鹽湖地區，循環水中Cl-超標，工藝系統中水冷器內漏時可能會有微量水進入冷凍系統，而Cl-跟NH3反應生成白色晶體氯化銨； 2015年大檢修時，對氨壓縮機回流冷卻器進行打壓，發現內漏較大。

4.6.2 機組在開停車過程中干氣密封主密封氣為2.8 MPa的中壓氮氣，其中可能含有微量CO2

由于二氧化碳壓縮機、原料氣壓縮機中干氣密封主密封氣均為2.8 MPa的中壓氮氣，在這種情況下很有可能工藝氣向中壓氮氣倒竄，導致氨壓縮機在開停車過程中干氣密封主密封氣管線有微量的CO2存在，CO2與NH3反應生成白色晶體碳酸銨或碳酸氫銨。

4.6.3 管道發生電化學腐蝕或化學腐蝕

在某種特殊的情況下，管道發生電化學腐蝕或化學腐蝕，產生的酸性氣體或酸性離子與氨氣在較低的溫度下生成白色晶體銨鹽。

5 處理措施

(1)將二氧化碳壓縮機、原料氣壓縮機干氣密封主密封氣所用的中壓氮氣管線上的進氣前、后閥全關，中間導淋開2扣，并定時取樣進行分析，確保在運行過程中CO2不竄入中壓氮氣系統。

(2)根據銨鹽易溶于水、加熱時易分解的特性，對氨壓縮機干氣密封主密封氣管線增加蒸汽伴熱，去掉原來的夾套伴熱，重新在低壓蒸汽分配臺配2根DN15 mm蒸汽伴熱管，高、低壓缸各1根，并做好保溫。

6 結語

氨壓縮機干氣密封裝置進行技術改造后，從2014年11月運行至今，未出現干氣密封主密封氣流量低、管線堵塞的現象，取得了良好的效果，既保護了干氣密封，又保證了裝置的長周期穩定運行。