压缩机干气密封主密封气压差低问题分析和解决

第6 期 5 5一 压缩机干气密封主密封气压差低问题分析和解决 张秀龙 神 华包头煤化工分公司 内蒙古 包头 O 1 4 O1 O 摘 要 通过对压缩机干气密封主密封气压差低产生原因进行分析并结合生产实际情况 得出了改变外引密封气源和优化操 作的方法 保证 了干气密封安全运行 消除了生产隐患 关键词 离心压缩机 干气密封 动静环 主密封气 分析 大型透平压缩机是 乙烯行业关键装置 的核心 设备 特 点是大流量 高转速 无备机工作 压 缩机轴 端密封经历 了第一代 的迷宫密封 第二代 的浮环 密封 第三代 的机械密封 第 四代的干气 密封 干气密封是干运转 气体润滑 非接触 机 械端面密封 的俗称 是 目前 国际上最先进 的大 机 组轴端密封型式 干气密封与普通机械密封和 浮 环密封 的根本区别在于 干气密封的一个密封 环 端面上加工有均匀分布 的浅槽 运转时气体切入 槽 内 形成流体动压效应 将密封面分开 实现非 接触密封 本文以神华包头煤化工分公司乙烯装置 产品气压缩机干气密封为对象 对主密封气压差低 的问题进行分析 提出了相应的解决方法 1 设备概 况 在 该装置 中 产 品气压缩机为透平驱动多级 离心式压缩机 如图 l 图 2所示分为两缸 四 段 一 段 和 二 段 组成 低 压 缸 二 段 和 三 段 组 成 高 压缸 低压缸型号 4 6 M6 I 高压缸型号 3 5 M5 3 I 每个缸体有两套干气密封 分别为低压侧干气 密封和 高压侧干气密封 采用 的密封形式都是带 中间迷宫的串联干气密封 共有四套干气密封 参考气 图 1 低压缸和 干气密封结 构简图 0 I I I 段j If lf l 图2 高压缸和干气密封结构简图 作者简介 张秀龙 1 9 8 2 一 男 黑龙江大庆人 助理工程师 从事设备维护和设备管理工作 一 5 6 一 安全密封 石油和化工设备 2 0 1 0 年第 1 3 卷 2存在 的问题 该装置 白投产 以来 在开停车过程中一直存 在 主 密封 气 压 力不 足 主 密 封 气 压 差低 的 问题 正 常 生 产 时 主密 封 气 的供 给 是 通 过 压缩 机 的 四 段排出的3 0 MP a 的工 艺介质作为供气源 而压缩 机停车后和开车过程 中 各段进 出口压差小 经 过滤后的干 净气 体流动量很小 因此 在没有足 够量 的 r 净气体进入主密封动静环密封面的状态 下 压缩机缸体 内的工艺气体会带动沉积 的杂质 或夹带液体直接到密封表面 通过一级泄漏进入 火炬 系统 如图 3动 静环密封端面较宽 在动 环 的密封端而上加工出动压槽 的螺旋槽 槽深一 般在2 5 l a m之间 显然 杂质或液体有可能残留 在 当动环的螺旋槽 内 压缩机转动时 可能引起 动静环 的磨擦 对 密封有一定损坏 甚至有可能 造 成密封 失效 2 1 图3 干气密封动环结构简图 3原因分析 主密封 叮能造成密封 失效 的原因是主密封气 流量 不 足 使 未 经 过滤 的 丁 艺气 体 进 入 密 封 磨擦 副 而 主 密 封 气 流 量 的 大 小直 接 取 决 于 主 密 封气 的压差 实际生产中主密封气压差可用下面的公 式进行计算 主 密 封 气 压 芹 主 密 封 气 压 力 一 参考 气 的压 力 主 密封 气压 力 的最 大值 就 是主 密封 气源 的 压力 参考气的压力对于每个缸的每一侧 各不相 同 低 压缸 因 为有 平 衡 线 低 压 侧和 高压 侧 的参 考气压力相 同 压力略低于一段吸入 压力 如 图 1 所示 高压缸 没有平衡线 低压侧 的参考气压 力 略低于三段吸入压力 高压侧 的参考气压力略 低 于 四段 吸 入 压 力 如 图 2所 示 一 段 三 段和 四段 的吸入压力随着压缩机运行条件 的变化而变 化 其 中 四段 吸 入压 力最 高 在 开 停 车 过 程 中 压 缩 机 各 段 返 回 线被 强 制全 开 四段 的吸 入和 排 出压力基本平衡 四段 排出的工艺气体无法作为 主密封气源 由于没有足够压力 的主密封气源 造成主密封气压差小 流量低 压缩机缸体 内工 艺介质 反 串到密 封 内部 4解 决方案 由于压 力最 高的高压缸 的高压侧参考气压力 略小于 四段吸入压力 因此若使主密封气压力高 于四段吸入压力 就解 决 了主密封气压差低的 问 题 要彻底解决此 问题 最理想 的方法是为干气 密封系统配备一条3 0 MP a 以上的高压外引主密封 气线 但从 目前 的生产状况看 装置 内的高压未 污染 的工艺介质气源在开停车状态 时无法使用 高压氮气线暂 时也不具备使用条件 且使用高压 氮气会 向系统 引进大量的氮气 对工 艺调节和产 品质量影响 比较大 损失 了一定的经济效益 针 对这种情况 采用了装置罐区的一股压力在 1 7 2 1 MP a 的外引乙烯气体 该气体对工艺介质无污 染 虽然压力低 但通 过优化操作方法 可 以解 决压缩机缸体 内工艺介质直接进入到密封表面的 问题 因为高压缸的高压侧参考气压力最高 各 段 的主密封气源又相 同 所 以如果高压缸 的高压 侧主密封能够正常运行 那么整个干气密封系统 就可 以运行正常 当压缩机的四段排 出气体作为 主密 封 气 源 主 密 封 气 压 差 低 时 压 缩 机 可 以分 为四个运行状态 即正常停车状态 紧急停车状 态 冷态开车状态和热态开机状态 下面分别对 四个状态进行分析 4 1 正常停车状态 在正常停车状态下 压缩机停止运转 系统 大量的介质气排 向火炬 缸体 内的压力会迅速下 降 在 主密 封 气 流 量 降低 到 一 定 值 时 操 作 人 员 可根据生产 的实际情况 将主密封气源从 自身的 四段排出气体切换到 1 8 MP a P b 引乙烯线或0 7 MP a 的氮气线 保证主密封气压差 缸体 内的工艺介 质不会反串到密封内部 4 2紧急停车状态 产 品气 压缩 机 的进料来 自上 游MT O装置 当压缩机 紧急停 车后 MT O装置不 允许停 工 只 能逐渐地 降负荷操作 大量的产 品气排入火炬 系统 损失很大 因此 要求产 品气压缩机要在短 第6 期 张秀龙 压缩机干气密封主密封气压差低问题分析和解决 5 7一 时间内恢复 压缩机 系统 内的压力会维持在一定 值 四段 的参考气压 力较 高 四段排 出气体和氮 气压力相对较低 无法保证主密封气压差 所 以 在紧急停车后 当压缩机缸体 内的四段吸入压力 下 降 到 1 5 MP a 以下 时 操 作 人 员 可将 主密 封 气 源 从 自身的四段排 出 切换到压力较高 的外引 乙烯 气 体 从 而保 证 干 气 密 封 系 统 的 安 全 并 为热 态 开车 做好准 备 4 3冷 态开 车状 态 产品气压缩机 是透平驱动 冷态 开车必须经 过三个过程 低速暖机 高速 暖机和 正常转数 在不同的工艺条件下 系统的压力有所不 同 如表 1 所示 1 0 0 0 I M和 1 8 0 0 R P M低速暖机 前 系统的压力较低 并且压缩机 的各段 间压力 相差不大 一般小于0 2 MP a 而氮气管网的压力 在0 6 0 8 MP a 需要的主密封气量是5 9 l 0 9 Nm h 此 时 的主封 气量充足 压缩机 内的杂质不会 进入到密封 内部 整个摩擦副可 以安全运行 低 速暖机合格后 要通过临界转速 区 进行 高速暖 机 由于高速暖机的转速 为4 8 0 0 R P M 已经接近 正 常转 速 此 时 的 四段 入 口压 力 为 1 2 3 4 MP a 主 密封气参考 气的压力也在 1 2 MP a 左右 四段 出 口压力 为1 5 7 2 MP a 并且随着系统 内氮气 的放火 炬 四段出入 口压力会逐渐升高 同时由于压缩 机对气 体做功量相对较大 即使 四段 的返回线全 开 四段 出入 口压差也达No 3 MP a 以上 将主密 封 气 切 换 到 四段 排 出 的工 艺 气 体 发 现 各 段 的 主 密 封气 压差最 d 4 2 K P a 主密封 气流 量最 小7 5 Nm3 h 达 到 干 气 密 封 所 要 求 的 最 小 值 当 转 数 达 到 5 1 4 3 R P M后 压缩机返回线可以调节 返回线全开 的限制解除 压缩机 的工作远离喘振点 返回线开 始关 闭 各段吸入和排出压差继续增大 干气密封 的压差和流量达到正常值 可以正常运行 表1 冷态启机时不同阶段压缩机各段压力 段吸入 一段 排出 二段吸入 二段排出 三段 吸入 三段排 出 四段吸入 四段排 出 转数R P M 压 力M P a 压力M P a 压 力M P a 压力M P a 压力M P a 压力M P a 压力M P a 压力M P a O 0 O 21 0 O2 2 0 0 24 0 02 3 O 01 9 0 0 2 0 0 O21 0 0 2 0 1 0 00 0 0 95 0 1 0 5 0 1 02 0 1 3 2 O 1 28 O 1 4 4 0 1 4l O 1 4 5 1 8 00 O 1 O 4 O 1 3 O O 11 4 O 1 41 0 5 O1 0 64 4 O 7 81 O 81 2 48 00 0 085 0 25 0 0 1 O5 O 4l 4 0 6 71 1 1 8 2 1 2 34 1 57 2 5 1 43 0 08 6 0 33 4 0 287 0 66 5 O 7 5l 1 45 3 1 4 22 2 25 4 4 4热态 开车 状态 热 态 开 车 和 冷 态 开 车 相 同 也 分 为 三 个 过 程 低 速 暖 机 高速 暖 机和 正常 转 数 如 表 2 所示 在 一次 热态 开车 时前 四段 吸入 压力 为 1 3 1 MP a 四段排 出压 力 为 1 3 5 MP a 主密 封 气 必 须 切换 N I 引 1 8 MP a P 引 乙烯 防止 主 密 封 气压 差低 杂质进 入 密封 内部 在低速 暖机 时 四段 出 口压力小于外引乙烯压力 干气密封高压缸高压侧 流 量 最小 为 8 8 Nm h 远 远 大于 此 时主 密封 气 泄漏 的流量9 Nm h 所 以干气 密封 可 以安 令运行 当 通 过 转 数 达 到 4 8 0 0 R P M 以后 压 缩 机 对 气体对功增大 四段排 出压力升高 即使返 回线 全 开 四段 排 出和 吸入压 力 的压差 仍 然增 大到 0 3 MP a 主密封气源可 以切回到压缩机 自身四段 排 出气体 先打开四段排 出的供气 阀门 再缓慢 关闭外引 乙烯 阀门 同时观察主密封气压力和流 量 确 认 没有 问题 发 现 各 段 的主 密 封 气 压 差 最 小 为4 1 KP a 主 密 封 气 流 量 最 d 7 2 Nm h 达 到 干气密封所要求的最小值 当转数达到5 1 4 3 R P M 后 返回线全开 的限制解除 压缩机的工作远离 喘振 点 返 回线 开 始 关 闭 各 段 的压 差 增 大 干 气密封 的运行达到正常操作条件 表2 热态启机时不同阶段压缩机各段压力 一 段 吸入 一段排 出 二段 吸入 二段排 出 二 三 段吸入 三段排 出 四段吸入 四段排 出 转数R P M 压力M P a 力M P a 压力M P a 压力M P a 压力M P a 压 力M P a 压 力M P a 压 力M P a O 0 08 9 O O 91 O 1 0 4 0 0 92 0 7 6 2 1 1 1 2 1 31 3 1 35 5 1 0