循环氢压缩机干气密封系统分析及改造

沈生宝 秦羽栋 杨艳宏（中国石油青海油田公司格尔木炼油厂,青海 格尔木 816000）

1 概述

某厂加氢改质装置循环氢压缩机干气密封形式采用串级密封，主要包括动环、静环、密封圈、防转挡圈、弹簧以及弹簧座。该系统主要由以下几部分组成：①一级密封气的供给与控制，密封气源为压缩机出口工艺气及开停工期间所用的氮气；②二级密封气的供给与控制，气源为氮气；③干气密封本体工作部分；④一级密封的泄漏监控与排放；⑤二级密封的放空；⑥隔离气的供给与控制，气源为氮气。

2 干气密封系统存在的问题

自加氢改质装置09年底运行以来，循环氢压缩机组干气密封系统一级密封一直存在着带液的重大安全隐患，最终在15年5月底造成一级密封动环碎裂，干气密封系统失效，引起循环氢压缩机联锁停车。

结合前期干气密封系统监控的相关参数，联合干气密封厂家对该干气密封系统进行了解体分析。干气密封失效的主要原因为一级密封气带液，加之工艺调整，气体组分改变，运行温度又偏低，最终造成较多重组分析出，影响密封运行。随后，我们对所带液相进行采样分析，得出结论与初步结论基本一致。

3 带液问题的改造措施

经过对干气密封存在的问题以及密封失效的原因进行分析，其根源在于一级密封气源本身在工艺要求下组分较重引起带液严重，且温度达不到设计要求，造成一级密封动、静环温度瞬间增高，动环碎裂。综合考虑装置工艺、设备要求，提出更换一级密封气源的改造措施：将两台新氢压缩机出口总管线的新氢引入干气密封系统，以替代压缩机出口工艺气作为一级密封气源。以下就改造措施进行分析，以验证其合理性。

3.1 工艺要求方面

首先，新氢压缩机出口氢气来自PSA提氢装置，其氢气纯度在99.9%以上，甚至高达99.99%，杂质较少，不含液态组分，只有微量的固体颗粒，经过滤器过滤后其洁净度特别高，是一级密封的最理想气源。

再次，因工艺流程中循环氢压缩机出口工艺气与新氢压缩机出口氢气汇合后，再与原料油一起进入反应系统，所以两者压力相差不多，新氢压缩机出口压力甚至稍高一点。因此，改造后压力干气密封系统要求。

最后，考虑新氢压缩机故障的影响。因循环氢压缩机出口与新氢压缩机出口相通，若新氢压缩机联锁停车或其它原因引起的总出口新氢量中断或减少，这时循环氢压缩机出口工艺气会作为备用气反倒进入干气密封系统提供一级密封气，可保证干气密封系统继续运转，待新氢压缩机完好运行并入系统后恢复正常。

3.2 设备要求方面：

对于设备要求方面考虑，本文主要分析气源对干气密封材质的腐蚀情况和气源温度对干气密封材质的影响情况。

3.2.1 气源对干气密封材质的腐蚀情况

氢气在常温下对普通碳钢没有腐蚀，但是在高温、高压下则会产生腐蚀，使材料的机械强度和塑性降低。根据Nelson曲线可看出，一般情况下，碳素钢在200℃以上的高压氢环境中才能发生氢腐蚀，而新氢压缩机出口的最高温度（即联锁停机温度）为145℃，正常工作温度为100℃左右，因此，改造后干气密封系统新气源对其管线设备不会造成腐蚀。相比之下，现密封气源中含有硫化氢、氨盐等腐蚀性较强气体，在这方面改造对干气密封系统更有利。

3.2.2 气源温度对干气密封材质的影响情况

该改造措施更换干气密封一级密封气源，因此，气源温度对材质的影响主要针对一级密封工作部分。因其主要辅助部件的材质为1Cr13和0Cr18Ni9不锈钢，耐温好，所以气源温度的影响主要体现在对一级密封动、静环的影响。

循环氢压缩机的一级密封动环材质采用无压烧结碳化硅，该材质是一种具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗热震的高性能特种陶瓷材料，是以高纯、超细碳化硅粉为原料，加入少量的烧结助剂，如硼、碳等，在大气压的惰性气体或真空环境中，1950-2100℃高温下烧结而成，成品几乎完全致密。因为无压烧结碳化硅的烧结温度高达1950-2100℃，所以新氢压缩机出口的最高温度145℃适用于该动环，影响很小。

其静环材质为P-10356型浸锑石墨，它是由碳石墨材料浸渍熔融锑金属制成的一种新型耐磨密封材料，具有很好的耐腐蚀性。它密度小，线膨胀系数低，在高速高压下的耐磨性好，使用温度高约500℃，在－60℃低温下的尺寸和重量不会发生变化。通过P-10356型浸锑石墨性能可看出：新氢压缩机出口的最高温度不会对该静环产生较大影响。

由此可见，无论是从工艺角度的要求还是从设备角度的要求考虑，该带液问题的改造措施具有很好的可行性。

4 结语

本文通过对循环氢压缩机干气密封系统的工作原理进行分析，将当前其运转过程中存在的问题进行了阐述，并提出了相应的改造措施。通过更换一级密封气源，利用纯度高达99%的氢气替换压缩机出口工艺气，彻底解决了干气密封的带液问题，同时也防止了循环氢气中硫化氢、氨盐等气体对干气密封系统的腐蚀，提高了干气密封系统的稳定性，从而保证了循环氢压缩机的正常运转，进而保障了加氢改质装置的平稳运行。

[1]金德浩，刘建晖，申涛.加氢裂化装置技术问答[M].北京：中国石化出版社，2008.

[2]宋天民主编.炼油厂动设备（第二版）[M].北京：中国石化出版社，2008，2.