离心压缩机干气密封停氮气工况问题研究

王 敏

(神华榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 719000)

乙烯和丙烯的传统制取方式是经过裂解石脑油生产的，它的弊端是过于依赖石油。以甲醇为原料生产乙烯、丙烯和其他低碳烯烃是最有希望取代以石脑油作为原料的生产工艺方法。目前，甲醇制烯烃技术的成熟化为煤或天然气气化生产有机化工原料开辟了一条新的技术路线，有利于改变传统煤化工产品的格局，是实现能源化工延伸的有效途径[1]。神华榆林能源化工有限公司MTO工艺主要有甲醇制烯烃装置和烯烃分离装置组成。产品气压缩机和丙烯制冷压缩机作为烯烃装置的核心设备，两台压缩机的运行直接决定了装置的平稳性。本论文主要探讨离心式压缩机停氮气工况面临的问题及技改措施。

1 干气密封正常运行介绍

1.1 榆林化工机组干气密封简介

榆林公司烯烃分离装置产品气压缩机目的是通过压缩从而提高来料烃类气体的压力，对应提高烃类温度，有利于烃类的分离，节约低温材料使用；丙烯制冷压缩机主要是以丙烯为循环介质，通过压缩，冷凝，节流膨胀，蒸发四部组成，来为精馏塔物料的分离提供不同等级冷量。榆林公司两台压缩机组全部由沈鼓设计安装完成，两台压缩机轴端密封均采用串联式干气密封，与传统机械密封比较，干气密封是一种无接触式密封，主要靠动静环形成的气膜来润滑。其主要由动环、静环、密封圈、挡盘、弹簧、弹簧座与轴衬套组成[2]。榆林公司两台机组采用福斯生产的干气密封，其中动环的材质为碳化硅，静环材质为碳石墨，动环上开有2.5～10μm的双向螺旋槽，与单向槽相比，其优点是防止事故状态下，压缩机转子发生反转使干气密封失效，在正常机组运转期间，经过滤的一、二级密封介质旋入螺旋凹槽形成3-5μm厚度的气膜，使干气密封动环与静环实现非接触运转，从而达到不让压缩机缸体内工艺气体向外泄漏的目的[3]。

1.2 一级密封气

一级密封气开停工过程中使用中压氮气作为密封介质，正常运行后切换为三段排出的丙烯作为密封介质(以丙烯制冷压缩机为例)，其主要作用是为了防止压缩机缸体内未经过滤和不干净的气体进入一级密封端面，从而污染一级密封端面。正常运转期间，一级密封气大部分通过梳齿迷宫密封进入压缩机缸体，少部分气体通过干气密封一级端面动环上的螺旋凹槽，进入到一级密封端面放火炬腔体，此过程中会在一级端面之间形成3～5μm左右厚度的气膜，防止动静环干磨，同时对一级端面起到冷却和润滑的作用，保护干气密封。

1.3 二级密封气

二级密封气采用氮气作为介质，其主要作用是防止从一级密封端面泄露出来的一级密封介质通过梳齿密封进入到二级密封端面，对二级密封端面造成污染破坏，运行期间，大部分二级密封气通过梳齿迷宫密封进入到一级密封放火炬腔体，与一级密封泄露介质混合共同进入热火炬管线，少量的二级密封气通过二级密封端面进入到二级密封端面放空腔体。

1.4 隔离气

隔离气也采用氮气作为隔离介质，其主要作用是防止压缩机组轴端轴承箱内的润滑油进入到干气密封系统，造成干气密封失效，隔离气一部分通过外侧的梳齿密封进入到润滑油侧在放空口放空，另一部分经过内侧的梳齿密封和二级端面泄露的少量二级密封气混合进行放空。

图1 丙烯制冷压缩机干气密封流程图

2 停氮气工况压缩机组问题研究

神华榆林能源化工有限公司两台压缩机的干气密封系统，二级密封气和隔离气中的氮气都来自于氮气管网，但是在空分单元压缩机事故状态下，会造成管网氮气中断，缺少氮气工况下，可能会使压缩机难以运行。首先，氮气的中断会使二级密封气失去作用，没有介质作为动环的吸入介质，动环螺旋槽也就无法形成泵入效应，动静环之间将无法形成气膜，并且会紧密的贴合在一起，在压缩机从正常运行转速到零的过程中，将造成动静环的干磨，使干气密封失效，其次，隔离气因氮气中断也就失去了作用，会造成轴承箱内的润滑油进入干气密封，污染干气密封二级端面，同样会造成干气密封的失效，此时为了保护干气密封防止其进一步破坏，必须做机组紧急停工处理，但是在压缩机停机之后还将面临一个选择，停机之后两台机压缩机的转子还处于高温状态，为了防止转子发生弯曲，造成更大的损失，必须立即对机组进行盘车处理，使转子降至常温，但由于缺少氮气作为干气密封开启动静环的泵入介质，又会遇到上述问题，在连续盘车过程中动静环同样将贴合在一起进行摩擦，并且摩擦过程中产生的热量无法及时取走，当静环碳石墨、动环的凹槽被磨损到一定的程度时，机组的干气密封也就失去了作用，到时候必须对机组干气密封进行检修更换，不仅增加了设备维修成本，同时机组停工迫使装置停工造成了大量烃类物料的浪费。

3 有效技改措施

为了解决上述问题，在停氮气工况下保护干气密封不失效，保证机组正常运行，避免不必要的停车，现提出以下技改措施(以丙烯制冷压缩机为例)，技改管线方案如图2，在原有的二级密封气、隔离气进料线基础上新增加一根事故氮气线，这样就能够实现在空分压缩机事故状态停止氮气供应的情况下，直接将空分液氮罐的液氮经过换热器加热汽化后送至烯烃分离机组新配事故氮气线上，操作时，只要将原先的来自氮气管网的阀门关闭，将新配事故氮气线阀门及时打开即可，以此来保证干气密封系统二级密封气和隔离气的正常供应，干气密封的正常运转，从而保证两台机组正常运行。

图2 技改后丙烯制冷压缩机干气密封流程图

4 结束语

通过对产品气压缩机和丙烯制冷压缩机干气密封的技改措施，在原有二级密封气和隔离气的基础上增加事故氮气线，实现在氮气管网压力下降或中断时，两台机组能够正常运行，并且不会造成干气密封系统失效，较未技改前，降低了干气密封的失效风险和机组停车风险，助力装置安稳长满优运行。