降壓啟動技術(shù)在合成氣壓縮機上的運用

張錫德 蔣云峰 石鑫任 振東塔里木石化分公司 庫爾勒 841000

降壓啟動技術(shù)在合成氣壓縮機上的運用

張錫德*蔣云峰 石鑫任 振東塔里木石化分公司 庫爾勒 841000

介紹合成氣壓縮機干氣密封的一級密封流程、運行控制參數(shù)、造成干氣密封損壞的因素、增壓泵在干氣密封中的作用以及壓縮機降壓啟動技術(shù)的詳細操作程序及要點。

合成氣壓縮機增壓泵損壞降壓啟動技術(shù)

某450kt/a合成氨、800kt/a尿素化肥裝置，合成氣壓縮機為蒸汽透平驅(qū)動的雙缸多級式離心壓縮機，其軸封采用串聯(lián)式干氣密封，高低壓缸布置在透平的兩側(cè)，由膜片聯(lián)軸器連接，壓縮機和透平安裝在同一鋼底座上，由日本三菱公司制造。壓縮機的啟動原設(shè)計是采用增壓單元對一級密封增壓，壓縮機缸體內(nèi)的壓力通過副線均勻至入口壓力進行機組啟動、開車。由于壓縮機高、低壓缸共計6臺增壓泵全部損壞，為防止干氣密封損壞，經(jīng)分析采用降壓啟動技術(shù)，成功啟動合成氣壓縮機，解決了原啟動方式可能使干氣密封損壞的危險。

1 合成氣壓縮機主要參數(shù)

1.1 主機主要參數(shù)

低壓缸(型號5V－8B):入口壓力3.27 MPa (A);出口壓力8.91MPa(A);入口溫度34℃;出口溫度98℃。

高壓缸(型號5V－8C):入口壓力8.87 MPa (A);出口壓力19.92MPa(A);入口溫度34℃;出口溫度35℃。

壓縮機額定轉(zhuǎn)速10868rpm。

1.2 增壓泵主要參數(shù)

(1)增壓泵為美國Haskel公司產(chǎn)品。

低壓缸使用2臺增壓泵，型號為8AGD－5，參數(shù)為進口壓力3.6 MPa(G)，出口壓力3.8 MPa (G)，流量96 Nm3/h。

高壓缸使用4臺增壓泵，型號為8AGD－14，參數(shù)為進口壓力19.29 MPa(G)，出口壓力19.46 MPa(G)，流量192 Nm3/h。

(2)控制參數(shù)

低壓缸

一級密封壓差①:0.09 MPa

一級密封壓差②:0.105 MPa

一級密封氣流量①:255 Nm3/h

一級密封氣流量②:346.8 Nm3/h高壓缸

一級密封氣流量②:396.5 Nm3/h一級密封壓差:0.105 MPa

一級密封氣流量①:396.5 Nm3/h

2 干氣密封一級密封流程

2.1 正常運行時一級密封流程

正常運行時，低壓缸一級密封氣氣源采用壓縮機二級出口工藝氣，其壓力為8.65 MPa(G)、溫度為98℃，該氣源經(jīng)高壓過濾器(FG－001A/ B，精度為2μm)后，分兩路通過氣動薄膜調(diào)節(jié)閥PDCV4323/4324，分別參照缸內(nèi)一級入口壓力和二級入口壓力進行壓差調(diào)節(jié)，再通過流量計FI4309/ 4310，進入低壓缸軸端兩側(cè)的一級密封腔，進密封腔的氣體大部分通過壓縮機的軸端迷宮密封進入壓縮機腔內(nèi)，只有極少部分氣體通過一級密封端面進入一級密封放空火炬管網(wǎng)，見圖1。

2.2 啟機過程中一級密封流程

壓縮機開機前，打開氮氣閥見圖1，氮氣(壓力為0.6MPa(G)、溫度為25℃)通過過濾器、調(diào)壓閥、流量計進入一級密封腔，其中大部分通過壓縮機的軸端迷宮密封進入壓縮機腔內(nèi)，當(dāng)缸體內(nèi)的壓力達到0.3 MPa(G)時，打開增壓單元儀表風(fēng)氣源閥，驅(qū)動風(fēng)壓為0.4 MPa(G)，啟動增壓泵(2臺)，增壓單元的介質(zhì)來自壓縮機二段出口，見圖2。一級密封建立后，打開閥門對缸體進行氮氣置換、工藝氣置換及系統(tǒng)均壓，再啟動壓縮機，當(dāng)升速到最低工作轉(zhuǎn)速8333rpm，停增壓泵，將壓縮機出口工藝氣切入到主密封流程中［1，2］。在這過程中，增壓泵先增壓的是氮氣，當(dāng)工藝氣對缸體置換后，增壓泵增壓的則是工藝氣。

圖1 低壓缸干氣密封流程

圖2 低壓缸干氣密封增壓泵流程

因高壓缸干氣密封系統(tǒng)的流程與低壓缸基本相同，不再贅述。

3 干氣密封損壞的原因

(1)合成氣壓縮機高、低壓缸干氣密封均采用約翰克蘭生產(chǎn)的帶中間迷宮的兩級串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，其旋向槽為燕尾形雙向槽，工作時干氣密封動靜環(huán)間隙在2～5μm內(nèi)［2，3］，干氣密封最忌油、水及微小顆粒。一旦液體進入密封端面，由于液體表面具有較大的張力，動、靜環(huán)密封面被牢牢地粘在一起。機組運轉(zhuǎn)時，螺旋槽內(nèi)氣體產(chǎn)生的開啟力小于閉合力，無法將密封面分開形成氣膜，變成接觸性摩擦，使密封面受磨損;而顆粒帶入也會使密封面產(chǎn)生劃痕性磨損，導(dǎo)致密封失效［4］。

(2)工藝介質(zhì)在進入壓縮機前，須先投入一級密封氣，且一級密封氣壓力要低于壓縮機缸內(nèi)氣體的壓力，否則機內(nèi)介質(zhì)氣會污染一級密封端面，使密封損壞［5］。

4 增壓泵損壞后對干氣密封的影響

2010年5 月壓縮機投入到裝置的正常生產(chǎn)，到目前已運行一年多。新裝置運行的初期，工藝、設(shè)備、儀表問題較多，造成裝置多次停車，因合成塔需保壓，而合成氣壓縮機循環(huán)段進出口閥門以及低壓缸閥門內(nèi)漏造成壓縮機高低壓缸帶壓，迫使增壓泵在壓縮機停車時一直連續(xù)運行，據(jù)日本三菱公司提供資料介紹，增壓泵僅在壓縮機開、停車過程中使用，其工作壽命為1000h。從2011年3月10日起，高、低壓缸增壓泵相繼出現(xiàn)故障，不打量，到10月29日，高、低壓缸所有增壓泵(低壓缸兩臺，高壓缸4臺)全部損壞，送外修理，拆檢發(fā)現(xiàn)缸套、活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)嚴重磨損，損壞部件必須從美國Haskel公司采購，采購周期為兩個月，10月29日因倒貧液泵導(dǎo)致脫碳系統(tǒng)停車，繼而高壓系統(tǒng)停車，合成氣壓縮機跳車，在開壓縮機時發(fā)現(xiàn)增壓泵全壞，為防止干氣密封在開車時被缸體內(nèi)氣體污染，導(dǎo)致密封損壞，經(jīng)分析必須采用降壓啟動技術(shù)才能解決密封損壞的可能。

5 降壓啟動技術(shù)的運用

降壓啟動開車步驟如下:

(1)提高低壓氮氣管網(wǎng)的壓力至0.8 MPa，通過沖壓閥提高缸內(nèi)壓力。

(2)打開氮氣閥，用氮氣對干氣進行一級密封。

(3)通過壓縮機進口旁路閥對缸體進行沖壓，使缸體內(nèi)的壓力控制在0.2～0.4MPa，必要時關(guān)閉放空閥，調(diào)整干氣密封的各項運行參數(shù)，一級干氣密封與缸體參考氣比較，壓差需滿足機組正常啟動條件。同時打開從缸體出口到干氣密封一級密封的閥門，當(dāng)缸體出口壓力大于一級密封氮氣及缸體密封氣時，缸體出口氣通過單向閥向一級密封供氣，以缸體出口氣替代密封氮氣。

(4)機組正常復(fù)位。

(5)機組按正常啟動程序進行啟動，600rpm暖機30min，1000rpm暖機30min，然后機組升速至最低工作轉(zhuǎn)速8333rpm。密切關(guān)注低壓缸、高壓缸及循環(huán)段的防喘振工作點運行情況。

(6)機組轉(zhuǎn)速升至3000rpm后，低、高壓缸的出口壓力和進口壓力之間就產(chǎn)生了0.2MPa以上的壓差，此時低、高壓缸一級干氣密封的進氣自動由缸體出口氣代替密封氮氣，此時，可緩慢打開K431工藝氣進口閥，關(guān)閉旁路閥。

(7)關(guān)閉低壓缸和高壓缸的一級干氣密封氮氣進氣閥，調(diào)整干氣密封的各項運行參數(shù)至正常。

(8)根據(jù)負荷要求，提高汽輪機轉(zhuǎn)速到壓縮機工作轉(zhuǎn)速，機組正常運行。

在采用降壓啟動技術(shù)前，最擔(dān)心的是采用副線閥對缸體沖壓，確保缸體壓力小于一級密封的氮氣壓力，在機組啟動后是否會造成壓縮機的喘振而損害壓縮機，實際證明擔(dān)心是多余的。

6 結(jié)語

壓縮機降壓啟動技術(shù)是在干氣密封增壓泵損壞的情況下，為防止缸內(nèi)氣體壓力高于一級密封氣的壓力污染干氣密封，導(dǎo)致密封失效而采取的一種不得已的操作方法，其操作難度遠遠高于原始的帶壓啟動操作，但其方法是安全、可靠的。實踐證明，該方法完全可運用于當(dāng)增壓泵損壞、離心式壓縮機達不到啟動條件的場合。

1 王志坤，張昕，耿彥青等.干氣密封在煉油廠離心壓縮機上的應(yīng)用［J］．化工機械，2005(1):46－48．

2 張錫德，鐘翔．約翰克蘭串聯(lián)式干氣密封在合成氣壓縮機上的運用［C］．2011年第4屆全國氮肥與甲醇年會論文集:18－1～18．

3 李榮良，王富慶．氣密封在國產(chǎn)大氮肥裝置中的應(yīng)用［J］．中氮肥，2007(1):36－39．

4 吳俊峰．氨壓縮機干氣密封泄漏原因及改造措施［J］．大氮肥，2007(6):409－410．

5 劉寶君．干氣密封在循環(huán)氫壓縮機上的應(yīng)用［J］．石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，28(6):65－66．

Introduction of the syngas compressor dry gas seal，including the primary sealing flow，operating control parameters，factors resulting in damage to the dry gas seal，the role of the booster pump in the dry gas seal and the details of operating procedures and key points of compressor depressurization startup technology．

Application of Depressurization Startup Technology in Syngas Compressor

Zhang Xide，et al
(Tarim Petrochemical Company，Korla 841000)

syngas compressorbooster pumpdamage depressurization startup technologysuccessful application

*張錫德:高級工程師。2004年畢業(yè)于石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)。長期從事于大型往復(fù)壓縮機、離心式壓縮機、蒸汽透平等設(shè)備的運行、維護、管理工作。已發(fā)表論文二十余篇。聯(lián)系電話:(0996)2132527;E－meil:zhangxd_305@163.com。

2012－01－04)