降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)在合成氣壓縮機(jī)上的運(yùn)用

張錫德 蔣云峰 石鑫任 振東塔里木石化分公司 庫爾勒 841000

降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)在合成氣壓縮機(jī)上的運(yùn)用

張錫德*蔣云峰 石鑫任 振東塔里木石化分公司 庫爾勒 841000

介紹合成氣壓縮機(jī)干氣密封的一級(jí)密封流程、運(yùn)行控制參數(shù)、造成干氣密封損壞的因素、增壓泵在干氣密封中的作用以及壓縮機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)的詳細(xì)操作程序及要點(diǎn)。

合成氣壓縮機(jī)增壓泵損壞降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)

某450kt/a合成氨、800kt/a尿素化肥裝置，合成氣壓縮機(jī)為蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的雙缸多級(jí)式離心壓縮機(jī)，其軸封采用串聯(lián)式干氣密封，高低壓缸布置在透平的兩側(cè)，由膜片聯(lián)軸器連接，壓縮機(jī)和透平安裝在同一鋼底座上，由日本三菱公司制造。壓縮機(jī)的啟動(dòng)原設(shè)計(jì)是采用增壓?jiǎn)卧獙?duì)一級(jí)密封增壓，壓縮機(jī)缸體內(nèi)的壓力通過副線均勻至入口壓力進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)、開車。由于壓縮機(jī)高、低壓缸共計(jì)6臺(tái)增壓泵全部損壞，為防止干氣密封損壞，經(jīng)分析采用降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)，成功啟動(dòng)合成氣壓縮機(jī)，解決了原啟動(dòng)方式可能使干氣密封損壞的危險(xiǎn)。

1 合成氣壓縮機(jī)主要參數(shù)

1.1 主機(jī)主要參數(shù)

低壓缸(型號(hào)5V－8B):入口壓力3.27 MPa (A);出口壓力8.91MPa(A);入口溫度34℃;出口溫度98℃。

高壓缸(型號(hào)5V－8C):入口壓力8.87 MPa (A);出口壓力19.92MPa(A);入口溫度34℃;出口溫度35℃。

壓縮機(jī)額定轉(zhuǎn)速10868rpm。

1.2 增壓泵主要參數(shù)

(1)增壓泵為美國(guó)Haskel公司產(chǎn)品。

低壓缸使用2臺(tái)增壓泵，型號(hào)為8AGD－5，參數(shù)為進(jìn)口壓力3.6 MPa(G)，出口壓力3.8 MPa (G)，流量96 Nm3/h。

高壓缸使用4臺(tái)增壓泵，型號(hào)為8AGD－14，參數(shù)為進(jìn)口壓力19.29 MPa(G)，出口壓力19.46 MPa(G)，流量192 Nm3/h。

(2)控制參數(shù)

低壓缸

一級(jí)密封壓差①:0.09 MPa

一級(jí)密封壓差②:0.105 MPa

一級(jí)密封氣流量①:255 Nm3/h

一級(jí)密封氣流量②:346.8 Nm3/h高壓缸

一級(jí)密封氣流量②:396.5 Nm3/h一級(jí)密封壓差:0.105 MPa

一級(jí)密封氣流量①:396.5 Nm3/h

2 干氣密封一級(jí)密封流程

2.1 正常運(yùn)行時(shí)一級(jí)密封流程

正常運(yùn)行時(shí)，低壓缸一級(jí)密封氣氣源采用壓縮機(jī)二級(jí)出口工藝氣，其壓力為8.65 MPa(G)、溫度為98℃，該氣源經(jīng)高壓過濾器(FG－001A/ B，精度為2μm)后，分兩路通過氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥PDCV4323/4324，分別參照缸內(nèi)一級(jí)入口壓力和二級(jí)入口壓力進(jìn)行壓差調(diào)節(jié)，再通過流量計(jì)FI4309/ 4310，進(jìn)入低壓缸軸端兩側(cè)的一級(jí)密封腔，進(jìn)密封腔的氣體大部分通過壓縮機(jī)的軸端迷宮密封進(jìn)入壓縮機(jī)腔內(nèi)，只有極少部分氣體通過一級(jí)密封端面進(jìn)入一級(jí)密封放空火炬管網(wǎng)，見圖1。

2.2 啟機(jī)過程中一級(jí)密封流程

壓縮機(jī)開機(jī)前，打開氮?dú)忾y見圖1，氮?dú)?壓力為0.6MPa(G)、溫度為25℃)通過過濾器、調(diào)壓閥、流量計(jì)進(jìn)入一級(jí)密封腔，其中大部分通過壓縮機(jī)的軸端迷宮密封進(jìn)入壓縮機(jī)腔內(nèi)，當(dāng)缸體內(nèi)的壓力達(dá)到0.3 MPa(G)時(shí)，打開增壓?jiǎn)卧獌x表風(fēng)氣源閥，驅(qū)動(dòng)風(fēng)壓為0.4 MPa(G)，啟動(dòng)增壓泵(2臺(tái))，增壓?jiǎn)卧慕橘|(zhì)來自壓縮機(jī)二段出口，見圖2。一級(jí)密封建立后，打開閥門對(duì)缸體進(jìn)行氮?dú)庵脫Q、工藝氣置換及系統(tǒng)均壓，再啟動(dòng)壓縮機(jī)，當(dāng)升速到最低工作轉(zhuǎn)速8333rpm，停增壓泵，將壓縮機(jī)出口工藝氣切入到主密封流程中［1，2］。在這過程中，增壓泵先增壓的是氮?dú)猓?dāng)工藝氣對(duì)缸體置換后，增壓泵增壓的則是工藝氣。

圖1 低壓缸干氣密封流程

圖2 低壓缸干氣密封增壓泵流程

因高壓缸干氣密封系統(tǒng)的流程與低壓缸基本相同，不再贅述。

3 干氣密封損壞的原因

(1)合成氣壓縮機(jī)高、低壓缸干氣密封均采用約翰克蘭生產(chǎn)的帶中間迷宮的兩級(jí)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，其旋向槽為燕尾形雙向槽，工作時(shí)干氣密封動(dòng)靜環(huán)間隙在2～5μm內(nèi)［2，3］，干氣密封最忌油、水及微小顆粒。一旦液體進(jìn)入密封端面，由于液體表面具有較大的張力，動(dòng)、靜環(huán)密封面被牢牢地粘在一起。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽內(nèi)氣體產(chǎn)生的開啟力小于閉合力，無法將密封面分開形成氣膜，變成接觸性摩擦，使密封面受磨損;而顆粒帶入也會(huì)使密封面產(chǎn)生劃痕性磨損，導(dǎo)致密封失效［4］。

(2)工藝介質(zhì)在進(jìn)入壓縮機(jī)前，須先投入一級(jí)密封氣，且一級(jí)密封氣壓力要低于壓縮機(jī)缸內(nèi)氣體的壓力，否則機(jī)內(nèi)介質(zhì)氣會(huì)污染一級(jí)密封端面，使密封損壞［5］。

4 增壓泵損壞后對(duì)干氣密封的影響

2010年5 月壓縮機(jī)投入到裝置的正常生產(chǎn)，到目前已運(yùn)行一年多。新裝置運(yùn)行的初期，工藝、設(shè)備、儀表問題較多，造成裝置多次停車，因合成塔需保壓，而合成氣壓縮機(jī)循環(huán)段進(jìn)出口閥門以及低壓缸閥門內(nèi)漏造成壓縮機(jī)高低壓缸帶壓，迫使增壓泵在壓縮機(jī)停車時(shí)一直連續(xù)運(yùn)行，據(jù)日本三菱公司提供資料介紹，增壓泵僅在壓縮機(jī)開、停車過程中使用，其工作壽命為1000h。從2011年3月10日起，高、低壓缸增壓泵相繼出現(xiàn)故障，不打量，到10月29日，高、低壓缸所有增壓泵(低壓缸兩臺(tái)，高壓缸4臺(tái))全部損壞，送外修理，拆檢發(fā)現(xiàn)缸套、活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)嚴(yán)重磨損，損壞部件必須從美國(guó)Haskel公司采購，采購周期為兩個(gè)月，10月29日因倒貧液泵導(dǎo)致脫碳系統(tǒng)停車，繼而高壓系統(tǒng)停車，合成氣壓縮機(jī)跳車，在開壓縮機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)增壓泵全壞，為防止干氣密封在開車時(shí)被缸體內(nèi)氣體污染，導(dǎo)致密封損壞，經(jīng)分析必須采用降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)才能解決密封損壞的可能。

5 降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)的運(yùn)用

降壓?jiǎn)?dòng)開車步驟如下:

(1)提高低壓氮?dú)夤芫W(wǎng)的壓力至0.8 MPa，通過沖壓閥提高缸內(nèi)壓力。

(2)打開氮?dú)忾y，用氮?dú)鈱?duì)干氣進(jìn)行一級(jí)密封。

(3)通過壓縮機(jī)進(jìn)口旁路閥對(duì)缸體進(jìn)行沖壓，使缸體內(nèi)的壓力控制在0.2～0.4MPa，必要時(shí)關(guān)閉放空閥，調(diào)整干氣密封的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，一級(jí)干氣密封與缸體參考?xì)獗容^，壓差需滿足機(jī)組正常啟動(dòng)條件。同時(shí)打開從缸體出口到干氣密封一級(jí)密封的閥門，當(dāng)缸體出口壓力大于一級(jí)密封氮?dú)饧案左w密封氣時(shí)，缸體出口氣通過單向閥向一級(jí)密封供氣，以缸體出口氣替代密封氮?dú)狻?/p>

(4)機(jī)組正常復(fù)位。

(5)機(jī)組按正常啟動(dòng)程序進(jìn)行啟動(dòng)，600rpm暖機(jī)30min，1000rpm暖機(jī)30min，然后機(jī)組升速至最低工作轉(zhuǎn)速8333rpm。密切關(guān)注低壓缸、高壓缸及循環(huán)段的防喘振工作點(diǎn)運(yùn)行情況。

(6)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至3000rpm后，低、高壓缸的出口壓力和進(jìn)口壓力之間就產(chǎn)生了0.2MPa以上的壓差，此時(shí)低、高壓缸一級(jí)干氣密封的進(jìn)氣自動(dòng)由缸體出口氣代替密封氮?dú)猓藭r(shí)，可緩慢打開K431工藝氣進(jìn)口閥，關(guān)閉旁路閥。

(7)關(guān)閉低壓缸和高壓缸的一級(jí)干氣密封氮?dú)膺M(jìn)氣閥，調(diào)整干氣密封的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)至正常。

(8)根據(jù)負(fù)荷要求，提高汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速，機(jī)組正常運(yùn)行。

在采用降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)前，最擔(dān)心的是采用副線閥對(duì)缸體沖壓，確保缸體壓力小于一級(jí)密封的氮?dú)鈮毫Γ跈C(jī)組啟動(dòng)后是否會(huì)造成壓縮機(jī)的喘振而損害壓縮機(jī)，實(shí)際證明擔(dān)心是多余的。

6 結(jié)語

壓縮機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)技術(shù)是在干氣密封增壓泵損壞的情況下，為防止缸內(nèi)氣體壓力高于一級(jí)密封氣的壓力污染干氣密封，導(dǎo)致密封失效而采取的一種不得已的操作方法，其操作難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始的帶壓?jiǎn)?dòng)操作，但其方法是安全、可靠的。實(shí)踐證明，該方法完全可運(yùn)用于當(dāng)增壓泵損壞、離心式壓縮機(jī)達(dá)不到啟動(dòng)條件的場(chǎng)合。

1 王志坤，張昕，耿彥青等.干氣密封在煉油廠離心壓縮機(jī)上的應(yīng)用［J］．化工機(jī)械，2005(1):46－48．

2 張錫德，鐘翔．約翰克蘭串聯(lián)式干氣密封在合成氣壓縮機(jī)上的運(yùn)用［C］．2011年第4屆全國(guó)氮肥與甲醇年會(huì)論文集:18－1～18．

3 李榮良，王富慶．氣密封在國(guó)產(chǎn)大氮肥裝置中的應(yīng)用［J］．中氮肥，2007(1):36－39．

4 吳俊峰．氨壓縮機(jī)干氣密封泄漏原因及改造措施［J］．大氮肥，2007(6):409－410．

5 劉寶君．干氣密封在循環(huán)氫壓縮機(jī)上的應(yīng)用［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，28(6):65－66．

Introduction of the syngas compressor dry gas seal，including the primary sealing flow，operating control parameters，factors resulting in damage to the dry gas seal，the role of the booster pump in the dry gas seal and the details of operating procedures and key points of compressor depressurization startup technology．

Application of Depressurization Startup Technology in Syngas Compressor

Zhang Xide，et al
(Tarim Petrochemical Company，Korla 841000)

syngas compressorbooster pumpdamage depressurization startup technologysuccessful application

*張錫德:高級(jí)工程師。2004年畢業(yè)于石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。長(zhǎng)期從事于大型往復(fù)壓縮機(jī)、離心式壓縮機(jī)、蒸汽透平等設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)、管理工作。已發(fā)表論文二十余篇。聯(lián)系電話:(0996)2132527;E－meil:zhangxd_305@163.com。

2012－01－04)