氫氣往復式壓縮機填料密封泄漏原因分析及對策

宋云平 劉伯林(中國石油蘭州石化公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

蘭州石化公司煉油廠80萬噸/年連續重整裝置預加氫循環氫壓縮機(K-101A/B)采用的是無錫壓縮機廠生產的單級兩列對置式往復壓縮機(型號為：DW-20.5-X)，其作用是將氫氣增壓后送往預加氫反應系統并使氫氣在該系統循環，保證預加氫反應的氫油比[1]，是裝置的關鍵設備，其主要參數有：額定流量為19100Nm3/h、轉速為329rpm、缸徑為300mm、入口壓力為1.8MPa(G)、出口壓力為2.5MPa(G)、入口溫度為35℃、出口溫度為75℃。

1 氫氣往復式壓縮機運行中存在的問題

往復式壓縮機中，活塞桿的密封一般由填料密封來實現，填料密封泄漏是壓縮機的主要故障。據統計，該壓縮機填料密封運行時間最短為1個月，最長為3個月，頻繁的維修影響了裝置的正常生產。在實際運行中，預加氫循環氫壓縮機存在以下幾個問題：(1)由于壓縮機填料密封有不同程度的泄漏量，加上缸座兩個隔離腔內未注入氮氣，從主填料函泄漏出的氫氣大量集中在壓縮機中體，在中體部位很容易形成氫氣和空氣共存的爆炸性環境(見圖1)。(2)泄漏的氫氣部分會沿著活塞桿進入曲軸箱，會污染潤滑油，使潤滑油的閃點降低，給壓縮機的運行帶來了很大的安全隱患。(3)由于該壓縮機的輸送介質是預加氫循環氫，預加氫循環氫中硫化氫含量比較高，含硫化氫的氫氣從呼吸閥處泄漏至外界，導致裝置現場硫化氫氣味較濃，不僅會危及裝置工作人員的人身安全，而且對裝置現場規格化管理帶來不利影響。

圖1 往復式壓縮機結構

2 原因分析

預加氫循環氫壓縮機主填料密封函內裝有7組填料，為了解決硬填料磨損后的補償問題，往往采用分瓣式結構(切向環和徑向環)。在分瓣密封環的外圓周上，用拉伸彈簧箍緊，填料環將緊貼在活塞桿圓柱面而建立起密封，當填料磨損后，能起到自動補償的作用。氣缸內泄漏的氫氣經過各級填料密封環后逐級減壓，最后壓力降到一個較低值，從而達到較好的密封效果[2,3]。

根據對填料密封結構及密封原理的了解及對失效密封的分析，可知造成填料密封泄漏、氫氣竄入壓縮機曲軸箱的原因有[4-6]：

(1)填料函與活塞桿不對中、配合面粗糙度過大、壓蓋未壓緊等安裝缺陷。

(2)填料環的彈簧失效、填料的過量磨損等使得填料密封在運行過程脫落而出現的失效。

(3)填料密封未注入氮氣保護，在填料函中沒有形成氮氣密封腔，致使填料密封失效過快。

(4)預加氫循環氫壓縮機填料密封泄漏導致氫氣沿著活塞桿進入中體，而由于中體頂部高位放空安裝不合理，使含硫化氫的氫氣竄入曲軸箱。

3 改造措施

針對存在的問題，在不改變填料密封結構的前提下，提出對壓縮機主填料密封和中間填料充氮保護，確保中間體區域不產生爆炸性氣體環境。同時，通過改造，將泄漏的介質排放至火炬或高位放空。

3.1 對壓縮機主填料函和中間填料充氮氣

將氮氣分成兩路，一路通入主填料函，用來阻止氫氣向氮氣密封腔內泄漏，當有一部分氫氣泄漏至氮氣密封腔時，由于氮氣密封腔內的氮氣具有一定的壓力，能有效防止氫氣繼續泄漏，從而達到較好的密封性能。另一路充入中間填料，提高中間填料的密封效果。同時，在氮氣去主填料函處增加單向閥，防止填料泄漏增大后氫氣倒入氮氣線，如圖2所示[7]。

圖2 填料密封裝配圖

3.2 改造中體頂部高位放空線

為防止從氣缸泄漏出來的氫氣進入中體和曲軸箱，疏通、改造壓縮機中體頂部高位放空線，將其經高位放空線排至火炬或放空，并在根部閥處增加放空閥，以便在高位放空線不通時使用蒸汽來處理。

4 取得的效果

預加氫循環氫壓縮機氮封系統的改造，有效地解決了高濃度氫氣在壓縮機中體和曲軸箱內累積的安全隱患。另外，解決了硫化氫從呼吸閥漏出造成裝置現場濃度超標的問題。改造后，呼吸閥處H2S 含量由22ppm 降至3～5ppm、壓縮機中體H2S含量由39ppm 降至6～9ppm、裝置現場H2S 含量由13ppm 降至0、半年內檢修頻次從4次降至0次，效果顯著。

從以上數據可以看出，通過加強泄漏氫氣及時排大氣放空，壓縮機中體和曲軸箱內的氫氣含量大幅下降，減少了壓縮機中體和曲軸箱呼吸閥發生閃爆的隱患。同時，通過改造，減少了裝置現場的硫化氫量，不僅對裝置工作人員的安全提供了保障，而且為環境保護及裝置現場規格化作出了貢獻。

5 結語

按文中措施對預加氫循環氫壓縮機填料密封進行改造并投運，使用效果良好，經濟及安全環保效益顯著，裝置現場的規格化管理得到了明顯改善。公司氫氣往復式壓縮機數量眾多，氫氣泄漏比較危險，預加氫循環氫壓縮機氮封系統改造的的經驗為氫氣往復式壓縮機的運行維護提供了思路。

(文章題目:氫氣往復式壓縮機填料密封泄漏原因分析及對策)