大機組干氣密封氣源改造及應用

曹會敏

(河南煤業化工集團鶴煤化工分公司 河南鶴壁 458000)

干氣密封是20世紀60年代末期從氣體動壓軸承的基礎上發展起來的一種新型非接觸式密封，即利用流體動力學原理，通過在密封端面上開設動壓槽以實現密封端面的非接觸運行。隨著干氣密封技術的日益成熟，其應用范圍越來越廣。河南煤業化工集團鶴煤化工分公司600 kt/a甲醇裝置中的3臺離心式壓縮機軸兩端均安裝了兩級雙面干氣密封和油氣隔離氣密封，但由于裝置自身原因，會出現干氣密封氣源壓力過低或中斷的現象，造成干氣密封損壞，給裝置運行帶來很大的危害。為此，對干氣密封氣源系統進行了改造。

1 干氣密封系統

為了防止缸體內有害氣體外漏，在3臺離心式壓縮機軸兩端安裝了兩級雙面干氣密封和油氣隔離氣密封,其中一級密封氣體在開停車過程中采用來自界區外的6.10 MPa(表壓，下同)高壓氮氣，正常運行時采用壓縮機高壓段排出的工藝氣體作為密封氣。密封氣經密封氣過濾器過濾、氣動薄膜調節閥將壓力穩定在高于平衡管壓力以上，再經流量計調節流量后進入壓縮機兩側的一級密封端面，在密封面上形成密封氣膜。一級密封氣絕大部分經機組梳齒密封進入機組內，阻止壓縮機內的工藝氣體外漏；少量的一級密封氣經密封端面泄漏至一級密封排氣腔，與二級密封氣混合后送火炬系統。

二級密封氣采用壓力為0.45 MPa左右的氮氣，經密封氣過濾器過濾、自勵式調節閥控制壓力在0.40 MPa左右后分4路進入各密封管線，其中：2路作為二級密封氣經流量調節器后進入軸兩端的二級密封腔，然后大部分二級密封氣經中間迷宮密封與一級密封泄漏氣混合后引出至安全處放空，少量二級密封氣經二級密封端面泄漏后引至外部安全處放空；另2路氣體進入壓縮機兩端油氣隔離室，一部分經后置密封的前端與二級密封端面泄漏的氣體混合并引至安全處放空，其余經后置密封的后端通過軸承回油放空點就地放空。引入隔離氣的目的是阻止潤滑油油氣進入干氣密封系統。

3臺離心式壓縮機所用二級密封氣均來自低壓氮氣管網，從管網再分別送至各干氣密封系統。

2 密封氣源存在的問題及危害

(1)密封氣由低壓氮氣管網送往壓縮機組界區閥前，裝置正常運行時，因前系統用氣量非常大，導致密封氮氣管網壓力從0.50 MPa降至0.18 MPa，再送往3臺機組使用時的壓力會更低。如果機組運行期間低壓氮氣壓力過低，將引起二級密封動靜環損壞，此時需短停更換備用干氣密封。而更換備用干氣密封至少需要2 d，氣化裝置生產的有效氣體只能送火炬系統，由此造成的經濟損失約627萬元。

(2)前工序空分裝置出現異常時，低壓氮氣管網中斷供氣，3臺機組必須緊急停車。低壓氮氣管網恢復正常供氣后至機組運行穩定需耗時8～10 h，氣化裝置生產的有效氣體只能全部送火炬系統，由此造成的經濟損失約126萬元。

3 改造方案

經多方面分析論證，對干氣密封氣源系統進行了如下的改造：原設計低壓氮氣管線壓縮管廊處的管徑為DN 100 mm，從管廊引至3臺機組的管徑為DN 25 mm，管徑過小是機組密封氣源壓力低的主要原因，故決定將DN 25 mm管線更換為DN 100 mm；因前工序不穩定因素較多，系統無法維持穩定運行，故決定將廢舊的壓力容器移至機組附近并作為壓縮機干氣密封用氮氣的穩定氣源儲罐，具體方案如圖1所示。

圖1 氣源改造工藝流程

氮氣儲罐進口管線的管徑為DN 25 mm，與6.10 MPa高壓氮氣管線相連并配置減壓閥，閥后壓力3.80 MPa。氮氣儲罐設計壓力4.40 MPa，其出口與機組低壓氮氣管網相連并設有安全閥和減壓閥，減壓后氮氣壓力為0.30 MPa。當低壓氮氣管網壓力低于0.30 MPa時，氮氣儲罐自動向系統補充氮氣， 保證管網有穩定的氣源壓力。外界低壓氮氣管線上安裝有止逆閥，即使出現整個系統低壓氮氣供應中斷、空分裝置跳車等緊急狀況，氮氣儲罐也能維持穩定的氣源壓力，可保證機組繼續正常運行約4 h。

4 結語

改造方案實施以后，低壓氮氣壓力可以達到0.32 MPa，能很好地滿足機組干氣密封用氣壓力要求；在前系統出現故障時，外管網氮氣壓力為0.10 MPa，但氮氣儲罐能提供穩定的氣源，保證機組氮氣管網壓力為0.30 MPa，可確保干氣密封不受損壞；在前工序短停時，機組運行正常，甲醇裝置可縮短開車時間3～4 h，降低了設備維修成本，為公司創造了可觀的經濟效益。