氨压缩机干气密封主密封气流量低的原因分析及处理措施

吕启鹏，俞吉祥，毛自君

(青海盐湖工业股份有限公司化工分公司，青海格尔木 816099)

青海盐湖工业股份有限公司化工分公司年产300 kt合成氨的装置，是以天然气部分氧化法生产乙炔的副产尾气为原料，经脱硫、加氢转化除去烯烃和炔烃、中低变换除去一氧化碳、MDEA脱碳、变压吸附工序制得纯度99.7%(体积分数，下同)的氢气[1]，高纯氢气与空分装置产的高纯氮气按比例混合经甲烷化精制、合成气压缩机压缩后进行氨合成，出塔含氨气经冷冻分离制得产品氨。氨压缩机是为冷冻系统提供冷量以满足生产需要，氨压缩机汽轮机型号为N25/28/25，属全凝式，进汽为中压过热蒸汽，正常压力为3.55 MPa、温度410 ℃、流量18.6 t/h。离心式压缩机型号为MCL404+MCL457，分为2个缸、2段压缩[2]。压缩机轴端采用干气密封，高低压缸均采用28XP串联式干气密封，运行可靠性高，使用寿命长，密封气泄漏量小，功耗低，工艺回路无油污染，工艺气也不污染润滑油系统，取消了庞大的密封油供给及测控系统，所占空间小，质量轻，运行维护费用低，减少了计划外维修费用和生产停车[3]。

1 氨压缩机工艺流程

来自2#氨冷器的气氨(0.196 MPa，-15.3 ℃)进入氨压缩机一段进行压缩，经一段压缩后压力为0.41 MPa、温度为44.2 ℃，通过分离器后与来自1#氨冷器、合成气压缩机段间氨冷器的气氨进入氨压缩机二段进行压缩，二段出口压力为1.602 MPa、温度147.6 ℃的气氨进入氨冷凝器冷凝，二段出口设有二回一防喘管线和二回二防喘管线，以防止压缩机喘振。来自液氨受槽的液相氨进入一段入口分离器和段间分离器，用于调节压缩机一段入口和二段入口的气氨温度[4]。

2 干气密封流程

氨压缩机干气密封采用“带中间迷宫密封的串联式干气密封结构型式”。其中干气密封主密封气来自氨压缩机二段出口的工艺气，工艺气经过滤器除去工艺气中的杂质后通过调节阀PDCV6453、PDCV6473调节，分别进入氨压缩机高低压缸驱动端和非驱动端干气密封，进入干气密封的主密封气与轴端介质的压差不小于0.2 MPa。2.8 MPa中压氮气作为氨压缩机开机时的主密封气气源。干气密封二级密封气用低压氮气(0.65 MPa)作为气源，二级密封气经过滤器除去低压氮气中的杂质后,通过减压阀PCV6451、PCV6471减压至0.1～0.3 MPa再进入干气密封中。隔离气用低压氮气(0.65 MPa)作为气源，通过减压阀PCV6452、PCV6453、PCV6472、PCV6473将压力降至15 kPa左右再进入压缩机轴端，防止轴端油进入干气密封。

3 故障经过

自2014年2月氨压缩机试车到正常运行，干气密封系统运行良好，未出现故障。2014年8月装置停车检修，更换氨压缩机高低压缸干气密封；2014年9月10日，低压缸干气密封主密封气流量FT6451/FT6542在30 min内从3.8 m3/h(标态)下降至1.1 m3/h(标态)，报警值为2.31 m3/h(标态)，为避免干气密封干磨损坏，机组停车检查干气密封系统。

4 原因分析

引起干气密封主密封气进气流量持续下降的原因较多:干气密封主密封气进气流量变送器FT6451/FT6542故障，仪表提供假信号；干气密封主密封气压力调节阀PDCV6453或其旁路故障，进气量减少；主密封气过滤器精度高，工艺气杂质较多，过滤器滤芯出现堵塞；平衡管堵塞，导致干气密封主密封气进气流量低；干气密封主密封气供气压力低；干气密封主密封气管线堵塞等。

4.1 干气密封主密封气进气流量变送器FT6451/FT6542故障

氨压缩机低压缸干气密封系统主密封气进气流量变送器驱动端、非驱动端各一只，FT6451、FT6542的测量值同时从3.8 m3/h(标态)下降至1.1 m3/h(标态)，2只表同时故障的概率极低，且主密封气与平衡管压差PDT6453由630 kPa左右下降到90 kPa，一级泄漏气压力PT6451/PT6452及一级泄漏气流量FT6455/FT6546均有所下降，所以排除干气密封主密封气进气流量变送器FT6451/FT6542故障，仪表提供假信号是引起干气密封气主密封气流量持续下降的原因。

4.2 干气密封主密封气压力调节阀PDCV6453或其旁路故障

在干气密封主密封气进气流量FT6451/FT6542同时下降时，主密封气压力调节阀PDCV6453的OP值由50%逐渐全开，缓慢全开PDCV6453的旁路阀流量FT6451/FT6542还是持续下降；而PDCV6453或其旁路同时故障的概率很小，可以排除干气密封主密封气压力调节阀PDCV6453或其旁路故障，进气量减少是引起干气密封主密封气进气流量持续下降的原因。

4.3 主密封气过滤器精度太高，工艺气杂质多，过滤器滤芯堵塞

氨压缩机4个过滤器滤芯为2014年8月大检修时更换的过滤精度为2 μm的滤芯，且高低压缸一次过滤器压差表均没有高报，压缩机一段、二段入口均设有滤网(100目)，所以排除主密封气过滤器精度太高、工艺气杂质多、过滤器滤芯堵塞是引起干气密封主密封气进气流量持续下降的原因。

4.4 平衡管堵塞导致干气密封主密封气进气流量低

平衡管堵塞会使低压缸轴向位移增大，从低压缸轴位移曲线可知，轴位移ZE6300为-0.08 mm，ZE6301为-0.06 mm，在干气密封主密封气进气流量持续下降的过程中没有发生变化，且平衡管压力表显示压力在正常范围内，所以排除平衡管堵塞导致干气密封主密封气进气流量低是引起干气密封主密封气进气流量持续下降的原因。

4.5 干气密封主密封气供气压力低

氨压缩机正常运行期间，干气密封主密封气来自高压缸二段出口，压力为1.5 MPa，温度为140 ℃。经过滤后由主密封气压力调节阀PDCV6453控制压力，主密封气大部分经过前置迷宫密封流向平衡腔室，小部分经过一级密封从一级排放口排放;如果干气密封主密封气供气压力由于某种原因急剧下降，会影响主密封气的流量。但根据氨压缩机二段的出口压力一直在 1.5 MPa 左右，温度在140 ℃左右，因此可以排除干气密封主密封气供气压力低是引起干气密封主密封气进气流量持续下降的原因。

4.6 干气密封主密封气管线堵塞

干气密封主密封气管线被白色晶体堵塞的原因可能有：①冷冻系统有微量水；②机组在开停车过程中干气密封主密封气为2.8 MPa的中压氮气，其中可能含有微量CO2；③管道发生电化学腐蚀或化学腐蚀。

4.6.1 冷冻系统有微量水

由于该装置地处察尔汗盐湖地区，循环水中Cl-超标，工艺系统中水冷器内漏时可能会有微量水进入冷冻系统，而Cl-跟NH3反应生成白色晶体氯化铵； 2015年大检修时，对氨压缩机回流冷却器进行打压，发现内漏较大。

4.6.2 机组在开停车过程中干气密封主密封气为2.8 MPa的中压氮气，其中可能含有微量CO2

由于二氧化碳压缩机、原料气压缩机中干气密封主密封气均为2.8 MPa的中压氮气，在这种情况下很有可能工艺气向中压氮气倒窜，导致氨压缩机在开停车过程中干气密封主密封气管线有微量的CO2存在，CO2与NH3反应生成白色晶体碳酸铵或碳酸氢铵。

4.6.3 管道发生电化学腐蚀或化学腐蚀

在某种特殊的情况下，管道发生电化学腐蚀或化学腐蚀，产生的酸性气体或酸性离子与氨气在较低的温度下生成白色晶体铵盐。

5 处理措施

(1)将二氧化碳压缩机、原料气压缩机干气密封主密封气所用的中压氮气管线上的进气前、后阀全关，中间导淋开2扣，并定时取样进行分析，确保在运行过程中CO2不窜入中压氮气系统。

(2)根据铵盐易溶于水、加热时易分解的特性，对氨压缩机干气密封主密封气管线增加蒸汽伴热，去掉原来的夹套伴热，重新在低压蒸汽分配台配2根DN15 mm蒸汽伴热管，高、低压缸各1根，并做好保温。

6 结语

氨压缩机干气密封装置进行技术改造后，从2014年11月运行至今，未出现干气密封主密封气流量低、管线堵塞的现象，取得了良好的效果，既保护了干气密封，又保证了装置的长周期稳定运行。