張 會(huì) ， 葛志躍

(河南龍宇煤化工有限公司 ， 河南 永城 476600)

0 前言

河南龍宇煤化工有限公司50萬t/a甲醇裝置合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，是對(duì)來自低溫甲醇洗凈化的新鮮氣和甲醇合成來的循環(huán)氣進(jìn)行壓縮，為甲醇合成提供所需要的反應(yīng)壓力。該壓縮機(jī)組采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)離心壓縮機(jī)，由一缸兩段七級(jí)葉輪結(jié)構(gòu)組成，軸端密封采用雙端面串聯(lián)式干氣密封。壓縮機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)新鮮氣入口吸入流量下降，雙端面軸端密封的干氣密封非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封泄漏量大等問題，嚴(yán)重影響到了合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，如何采取有效措施解決上述問題，對(duì)保障甲醇生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

1 合成氣壓縮機(jī)工藝流程

來自低溫甲醇洗裝置的新鮮氣(3.15 MPa、30 ℃)經(jīng)新鮮氣壓縮段分離器(熱、壓)，進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)經(jīng)6級(jí)壓縮后(7.54 MPa、163 ℃)，與來自循環(huán)壓縮段分離器的甲醇合成循環(huán)氣體(7.54 MPa、40 ℃)在壓縮機(jī)缸體內(nèi)混合壓縮后(8.2 MPa、71 ℃)，分成2股氣體，一股送往甲醇合成工序，另一股經(jīng)過防喘振冷卻器冷卻后分別進(jìn)入新鮮氣壓縮段分離器和循環(huán)壓縮段分離器作為防喘振補(bǔ)氣，如圖1所示。

圖1 合成氣壓縮機(jī)工藝流程簡圖

2 干氣密封工作原理及流程介紹

2.1 干氣密封工作原理

合成氣壓縮機(jī)軸端密封使用的是由博格曼公司(Burgmann)生產(chǎn)的串聯(lián)式雙向螺旋槽干氣密封。密封面上加工有一定數(shù)量的螺旋槽，隨著動(dòng)環(huán)組件的旋轉(zhuǎn)，螺旋槽里的氣體被剪切，從外緣流向中心(低壓側(cè))；而密封堰對(duì)氣體的流出有抑制作用，限制氣體流向低壓側(cè)，使氣體流動(dòng)受阻，氣體壓力升高，升高的壓力將靜環(huán)與動(dòng)環(huán)分開。當(dāng)氣體壓力與彈簧恢復(fù)力平衡后，氣體隨著螺旋槽截面形狀的變化被壓縮，在槽根部形成局部的高壓區(qū)，使端面分開形成一定厚度的氣膜，在運(yùn)行條件下端面能保持分離。在正常的平衡條件下，閉合力Fc=開啟力Fo，如果受到干擾使密封間隙增大或變小，則端面間隙就會(huì)自動(dòng)減小直到平衡為止，如圖2所示。

圖2 干氣密工作原理圖

2.2 干氣密封流程

機(jī)組運(yùn)行過程中，壓縮機(jī)循環(huán)段出口工藝氣體作為一級(jí)密封氣氣源，開停車過程中由高壓氮?dú)?～8.1 MPa)經(jīng)閥門減壓為6.0 MPa作為一級(jí)密封氣氣源。一級(jí)密封氣經(jīng)過密封氣過濾器后，分別進(jìn)入壓縮機(jī)兩端的一級(jí)密封端面，在密封面上形成密封氣膜，阻止壓縮機(jī)內(nèi)的工藝氣體進(jìn)入，一級(jí)密封泄漏的少量工藝氣經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥控制壓力后送往火炬燃燒。高壓氮?dú)饨?jīng)二級(jí)密封氣過濾器后，再經(jīng)壓力自控閥減壓至0.6 MPa，分別進(jìn)入兩端的二級(jí)密封端面，阻止一級(jí)密封泄漏氣進(jìn)入二級(jí)密封，二級(jí)密封泄漏的少量氮?dú)獗灰龇趴铡Ａ硗?，采用低壓氮?dú)?～0.4 MPa)經(jīng)壓力自控閥減壓至0.14 MPa后，進(jìn)入壓縮機(jī)軸端的密封函內(nèi)對(duì)軸承潤滑油進(jìn)行隔離。流程簡圖如圖3所示。

圖3 干氣密封流程簡圖

3 存在問題及改進(jìn)措施

3.1 新鮮氣流量低、氣入口壓力高

合成氣壓縮機(jī)運(yùn)正常行期間新鮮氣入口流量18萬Nm3/h，入口壓力2.95 MPa，前系統(tǒng)低溫甲醇洗裝置出口壓力為2.94 MPa，壓縮機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)速9 300 r/min。實(shí)際生產(chǎn)過程出現(xiàn)了新鮮氣入口流量降低，新鮮氣入口壓力和前系統(tǒng)低溫甲醇洗裝置出口壓力升高現(xiàn)象，通過將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速上提350 r/min等措施未見明顯好轉(zhuǎn)。合成氣壓縮機(jī)指標(biāo)參數(shù)對(duì)比數(shù)據(jù)如下：2021年2月5日，新鮮氣入口流量17.5×104Nm3/h，新鮮氣入口壓力3.07 MPa，機(jī)組轉(zhuǎn)速9 650 r/min。

從數(shù)據(jù)可以看出，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增加后，新鮮氣入口氣量并未增大，且新鮮氣入口壓力較正常運(yùn)行偏高0.12 MPa。經(jīng)現(xiàn)場檢查，確認(rèn)為壓縮機(jī)新鮮氣壓縮段分離器絲網(wǎng)及壓縮機(jī)入口過濾器發(fā)生堵塞所致。 隨著壓縮機(jī)入口阻力逐漸增大，甲醇生產(chǎn)裝置被迫降負(fù)荷運(yùn)行后進(jìn)行停機(jī)檢修，拆檢后發(fā)現(xiàn)新鮮氣入口濾網(wǎng)及入口過濾器均堵塞嚴(yán)重，其主要成分為前系統(tǒng)低溫甲醇洗裝置的脫硫劑粉末；由于分離器絲網(wǎng)堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致阻力增大，運(yùn)行過程中的大氣量新鮮氣將分離器頂部部分絲網(wǎng)吹翻，使雜質(zhì)、粉塵等臟物進(jìn)入過濾器，造成過濾器堵塞。

3.2 新鮮氣、氣入口壓力低的解決措施

壓縮機(jī)拆檢后發(fā)現(xiàn)主要雜質(zhì)為低溫甲醇洗裝置脫硫槽內(nèi)的脫硫劑粉末，其主要原因?yàn)槊摿騽┮烟幱谑褂媚┢?，粉化情況較為嚴(yán)重，造成飛灰隨氣流帶入過濾器堵塞。采取加強(qiáng)巡查、定期對(duì)脫硫劑進(jìn)行更換措施，并進(jìn)行新鮮氣壓縮段分離器絲網(wǎng)及壓縮機(jī)入口過濾器的污垢清除，或及時(shí)更新分離器絲網(wǎng)，壓縮機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)恢復(fù)正常。壓縮機(jī)恢復(fù)后參數(shù)比如下：2021年1月25日，新鮮氣入口流量18.2×104Nm3/h，新鮮氣入口壓力2.95 MPa，機(jī)組轉(zhuǎn)速9 300r/min。

3.3 干氣密封驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣泄漏量大

壓縮機(jī)組降負(fù)荷過程中出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端干氣密封一級(jí)泄漏氣壓力高報(bào)警，停車后驅(qū)動(dòng)端干氣密封一級(jí)密封氣泄漏壓力仍然高報(bào)，分析原因可能為驅(qū)動(dòng)端干氣密封一級(jí)密封靜環(huán)損壞或者卡滯所致。

通過對(duì)驅(qū)動(dòng)端干氣密封的拆檢更換及解體，發(fā)現(xiàn)干氣密封腔內(nèi)部存在蠟狀雜質(zhì)，且干氣密封O形圈老化、彈性差，出現(xiàn)了卡滯情況，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣泄漏量過大，其動(dòng)靜環(huán)及彈簧組件未見明顯異常。

3.4 干氣密封驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣泄漏量大解決措施

干氣密封密封腔內(nèi)出現(xiàn)少量蠟狀雜質(zhì)，其主要原因是甲醇合成循環(huán)段的循環(huán)氣氣相中攜帶石蠟?zāi)e所致。由于干氣密封氣源正常生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)為工藝氣，而開停車過程中為氮?dú)?，?dāng)切換為工藝氣后，循環(huán)系統(tǒng)中高溫的氣體在密封氣管線及密封腔體內(nèi)溫度逐漸下降后，使氣相中的石蠟冷凝集聚，造成密封腔失密。采取措施：在干氣密封工藝氣管線增加低壓蒸汽伴熱管線，確保工藝氣管線內(nèi)工藝氣溫度在70 ℃以上；同時(shí)由于生產(chǎn)裝置開、停車期間，工藝氣成分波動(dòng)較大，容易發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生石蠟等雜質(zhì)，此時(shí)密封氣氣源應(yīng)采用氮?dú)?，禁止使用工藝氣自密封，避免石蠟冷凝集聚造成的泄漏?/p>

由于干氣密封O形圈對(duì)密封的運(yùn)行效果有著至關(guān)重要的影響，依據(jù)河南龍宇煤化工有限公司甲醇生產(chǎn)裝置實(shí)際運(yùn)行條件，要求干氣密封廠家所用的壓縮機(jī)密封O形圈應(yīng)當(dāng)提高抗老化性和彈性指標(biāo)，使用周期確保不低于三年，有效防止干氣密封內(nèi)O形圈出現(xiàn)卡滯的情況，保障壓縮機(jī)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

在國內(nèi)煤化工企業(yè)甲醇生產(chǎn)裝置中的合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)，大都是將凈化新鮮氣和合成循環(huán)氣進(jìn)行壓縮，為甲醇合成提供所需要的反應(yīng)壓力，該壓縮機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障甲醇生產(chǎn)裝置的產(chǎn)能影響巨大。壓縮機(jī)在生產(chǎn)運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的新鮮氣入口流量下降、一級(jí)密封泄漏量大等問題，嚴(yán)重影響了合成氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，分析原因并采取合理有效的方法解決機(jī)組運(yùn)行中存在的問題，具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，也可為同行業(yè)生產(chǎn)企業(yè)提供借鑒。