天然氣壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障原因分析及處理

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(1.河南能源化工集團(tuán) 中原大化公司，河南 濮陽(yáng) 457000;2.河南金丹乳酸科技股份有限公司，河南 鄲城 477150；3.平頂山神馬萬(wàn)里化工股份有限公司，河南 平頂山 467000)

?生產(chǎn)與實(shí)踐?

天然氣壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障原因分析及處理

白金光1，崔躍軍2，李迎春3

(1.河南能源化工集團(tuán) 中原大化公司，河南 濮陽(yáng) 457000;2.河南金丹乳酸科技股份有限公司，河南 鄲城 477150；3.平頂山神馬萬(wàn)里化工股份有限公司，河南 平頂山 467000)

對(duì)天然氣壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障原因進(jìn)行綜合闡述和分析，通過(guò)控制低壓缸平衡氣壓力來(lái)提高密封油系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。

天然氣壓縮機(jī)組；密封油；故障

0 前言

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司化肥裝置是以天然氣為原料生產(chǎn)合成氨。天然氣壓縮機(jī)(離心式)作為關(guān)鍵設(shè)備之一，為工藝氣提供動(dòng)力，它的運(yùn)行性能的優(yōu)劣直接影響裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)周期生產(chǎn)。

該壓縮機(jī)軸端密封采用浮環(huán)油膜密封，由密封油系統(tǒng)提供所需密封油，從而保證壓縮機(jī)軸端原料氣體不向外部泄漏。該機(jī)組投運(yùn)初期，由于受天然氣供氣壓力不穩(wěn)的影響，其密封油系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)大幅波動(dòng)，甚至多次引發(fā)機(jī)組跳車事故。密封油系統(tǒng)故障一度成為制約裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。后來(lái)的一次系統(tǒng)停車事故處理中，操作人員的發(fā)現(xiàn)為徹底解決密封油系統(tǒng)故障問(wèn)題提供了契機(jī)。

1 天然氣壓縮機(jī)組簡(jiǎn)介

天然氣壓縮機(jī)組包括主機(jī)——離心壓縮機(jī)和蒸汽透平，以及與其相配套的輔助設(shè)備等。天然氣壓縮機(jī)由新比隆公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)，型號(hào)為2MCL528+2BCL358,兩缸四段十六級(jí)葉輪。透平為杭汽制造的中壓、凝汽式蒸汽透平，型號(hào)為NK32/26 。透平油系統(tǒng)、冷凝器及真空抽氣系統(tǒng)與其它機(jī)組的透平公用。機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制為無(wú)差、變速調(diào)節(jié)，由WOOD WARD調(diào)速器及配套的液壓執(zhí)行元件通過(guò)控制透平蒸汽進(jìn)汽量，來(lái)調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速。

經(jīng)配氣站PG204調(diào)節(jié)后的0.125～0.145MPa、30 ℃的工藝天然氣，經(jīng)壓縮機(jī)兩缸四段、多級(jí)間冷壓縮，最終升壓至5.15 MPa，送入對(duì)流段盤管(03B002E04)預(yù)熱后，進(jìn)入脫硫工序。為防止壓縮機(jī)喘振及盤管超溫，在兩缸出口及脫硫工序后都設(shè)置了返回管線及控制閥，分別由防喘振控制閥FV01002及循環(huán)控制閥HV01001來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)及通過(guò)盤管的工藝氣流量。

壓縮機(jī)采用獨(dú)立的油系統(tǒng)，由主潤(rùn)滑油泵為其提供潤(rùn)滑油和密封油。主油泵出口壓力依據(jù)高壓缸密封油參考?xì)鈮毫τ刹顗鹤粤﹂yPDCV01032調(diào)節(jié)控制。潤(rùn)滑油經(jīng)冷卻、過(guò)濾后，一路經(jīng)自力調(diào)節(jié)閥PCV01026減壓供給壓縮機(jī)潤(rùn)滑油；一路通過(guò)高、低壓缸密封油高位槽液位調(diào)節(jié)閥LICV01011和LICV01008控制，分別向高、低壓缸密封油腔室供油。在低壓缸密封油總管上安裝有彈簧式安全角閥PSV0114(設(shè)計(jì)整定壓力為0.6 MPa)，以避免液位調(diào)節(jié)閥失控開大造成低壓缸密封油供油壓力高，高位油箱液位上漲過(guò)快，滿溢，密封油進(jìn)入壓縮機(jī)缸體。壓縮機(jī)軸端密封采用浮環(huán)油膜密封。為提高其密封效果，在軸端內(nèi)側(cè)還設(shè)置了雙重迷宮密封，由里至外依次形成平衡氣、參考?xì)夂兔芊庥腿齻€(gè)環(huán)形腔室，兩端對(duì)應(yīng)腔室由連通管聯(lián)通。

壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)的控制方式是由液位調(diào)節(jié)閥控制其高位油箱液位，通過(guò)高位油箱密封油液位高度形成的勢(shì)能位差(0.05～0.06 MPa)，使密封油以略高于參考?xì)鈮毫M(jìn)入密封腔室，從而達(dá)到封堵工藝氣向外泄漏的目的。為避免因密封油系統(tǒng)故障造成軸端可燃?xì)怏w外泄，設(shè)置了兩層保護(hù)，其一是密封油高位油箱液位低報(bào)警，聯(lián)鎖輔泵自啟動(dòng)；其二是密封油高位油箱液位低低報(bào)警，聯(lián)鎖機(jī)組跳車，同時(shí)關(guān)閉壓縮機(jī)進(jìn)、出口事故電動(dòng)閥(XV01015和XV01016)，壓縮機(jī)缸體排放閥XV01017打開泄壓。

2 壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障

建廠初期，天然氣壓縮機(jī)低壓缸密封油系統(tǒng)受壓縮機(jī)入口壓力影響多次出現(xiàn)失控現(xiàn)象，并由此導(dǎo)致數(shù)次機(jī)組聯(lián)鎖停車事故。通常壓縮機(jī)入口壓力高于0.15 MPa時(shí)，低壓缸密封油高位槽液位就難以維持，調(diào)節(jié)閥LICV01008會(huì)迅速開大，液位仍下降，出現(xiàn)這種情況，操作人員為避免密封油系統(tǒng)故障聯(lián)鎖機(jī)組跳車，緊急開大LICV01008旁路閥以恢復(fù)正常液位。這樣做的結(jié)果又造成高壓缸密封油高位槽液位也開始下降，最終導(dǎo)致液位低，報(bào)警聯(lián)鎖備用泵啟動(dòng)，雙泵并列運(yùn)行造成泵出口安全閥起跳，整個(gè)油路出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，情況十分可怕，若停下備用泵，又將面臨機(jī)組聯(lián)鎖跳車的境地。

為此，公司強(qiáng)調(diào)工藝主控要精心操作配氣站原料氣壓力控制閥PG204，保證壓縮機(jī)入口工藝氣壓力嚴(yán)格控制在0.115～0.145 MPa范圍內(nèi)運(yùn)行。雖然后來(lái)在壓縮機(jī)入口增加了一條4″放空管線，但遇到后系統(tǒng)跳車，或配氣站天然氣壓力調(diào)節(jié)閥PG204調(diào)節(jié)失靈，要想保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，也是十分困難的。

3 壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障原因分析

3.1壓縮機(jī)入口工藝氣壓力波動(dòng)

外管來(lái)的天然氣壓力通常在0.5～0.7 MPa，經(jīng)配氣站分離裝置脫液處理后，由PG204調(diào)節(jié)閥減壓后送至壓縮機(jī)入口。由于該閥口徑大、定位器故障等原因，PG204呈現(xiàn)調(diào)節(jié)滯后或超調(diào)現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮機(jī)入口工藝氣壓力波動(dòng)。

一段爐或后續(xù)工藝系統(tǒng)跳車，脫硫回路循環(huán)控制閥HV01001全開，脫硫后路高壓氣返回至壓縮機(jī)入口，將會(huì)造成壓縮機(jī)入口持續(xù)超壓。工藝原料氣控制閥門故障或壓縮機(jī)自身循環(huán)閥突然打開，也一樣會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)入口持續(xù)超壓。

3.2壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障原因

在一次系統(tǒng)停車事故處理中，操作人員檢查發(fā)現(xiàn)低壓缸密封油供油管線安全閥PSV0114處于起跳狀態(tài)(視鏡位置高，平常很難觀察到)。技術(shù)人員由此意識(shí)到壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障的原因就是低壓缸密封油壓力過(guò)高，造成安全閥起跳，油路泄壓，從而導(dǎo)致供油失衡。重新審視壓縮機(jī)低壓缸密封油系統(tǒng)，才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就出在低壓缸平衡氣與壓縮機(jī)工藝氣連通管線上。

低壓缸軸端平衡氣管線通常與壓縮機(jī)一段入口工藝管線連通，通過(guò)調(diào)整連通閥開度，降低高壓側(cè)軸端漏氣壓力，并使兩端平衡氣腔室壓力相等，從而降低整個(gè)軸端密封工藝參考?xì)鈮毫兔芊庥凸┯蛪毫?。為此連接管線上的切斷閥通常都保持相當(dāng)大的開度，運(yùn)行中基本不做調(diào)整。

而該機(jī)組低壓缸軸端平衡氣管線并非與壓縮機(jī)一段入口工藝管線相連，而是與壓縮機(jī)二段入口管線聯(lián)通。該連通管線是作為補(bǔ)償氣管線引入二級(jí)氣到兩端平衡氣腔室，這樣不僅不能降低密封油供油壓力，反而對(duì)密封油供油壓力提出了更高的要求。雖然在壓縮機(jī)入口設(shè)計(jì)壓力條件下可以滿足密封油系統(tǒng)正常的控制，但隨著入口工藝氣壓力的波動(dòng)升高，壓縮機(jī)低壓缸軸端密封參考?xì)鈮毫⒓眲∩仙?，因此密封油壓力?huì)很快達(dá)到或超出PSV0114起跳壓力，該安全閥起跳泄壓，導(dǎo)致密封油供應(yīng)失衡，密封油系統(tǒng)故障。如果壓縮機(jī)入口壓力不能及時(shí)得到控制，想要恢復(fù)密封油系統(tǒng)平衡是不可能的，機(jī)組聯(lián)鎖跳車也在所難免。

很顯然，壓縮機(jī)低壓缸軸端漏平衡氣腔室壓力通常都是正壓環(huán)境，且高壓側(cè)(二段)漏氣壓力遠(yuǎn)高于一段進(jìn)氣壓力，不需要外部高壓氣補(bǔ)償來(lái)保證平衡氣腔室正壓。因此正常運(yùn)行狀態(tài)壓縮機(jī)軸端密封不需要外部補(bǔ)償氣，補(bǔ)償氣切斷閥應(yīng)始終處于關(guān)閉狀態(tài)。單純來(lái)控制補(bǔ)償氣閥門的做法不妥，另一方面對(duì)裝置的認(rèn)識(shí)的局限性和PSV0114起跳不易觀察到，也為事故處理增加了難度。

實(shí)際運(yùn)行中，壓縮機(jī)入口壓力控制在0.115～0.145 MPa 之間(設(shè)計(jì)壓力0.12 MPa)，二段入口壓力達(dá)到5.1～0.54 MPa，因此低壓缸平衡氣壓力>0.5 MPa，考慮到油氣壓差，這時(shí)的密封油壓力應(yīng)在0.56～0.59 MPa之間，低于PSV0114的起跳壓力，因此是安全的。一旦入口壓力超過(guò)0.15 MPa，二段入口及低壓缸平衡氣壓力也將隨之升高，低壓缸密封油壓力將超出PSV0114起跳壓力，從而導(dǎo)致整個(gè)密封油系統(tǒng)供應(yīng)失衡而發(fā)生故障。

為此對(duì)壓縮機(jī)低壓缸平衡氣壓力進(jìn)行了調(diào)整和控制。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，關(guān)閉平衡氣與二段入口連通管線切斷閥，以降低低壓缸軸封參考?xì)獾膲毫?，提高密封油系統(tǒng)的自適應(yīng)能力。因此也增大了壓縮機(jī)入口壓力的操作范圍。平衡補(bǔ)償氣壓力調(diào)整前后各參數(shù)數(shù)據(jù)見表1。

表1 平衡氣壓力調(diào)整前后各參數(shù)數(shù)據(jù) MPa

調(diào)整后壓縮機(jī)入口壓力在≤0.225 MPa的情況下，可以安全運(yùn)行。在此之前對(duì)機(jī)組外圍系統(tǒng)也進(jìn)行了改進(jìn)：①將壓縮機(jī)脫硫循環(huán)控制閥HV01001引入PLC控制系統(tǒng)，使其在后系統(tǒng)跳車時(shí)能夠自動(dòng)關(guān)閉，以避免脫硫系統(tǒng)大量的高壓氣體由HV01001返回到壓縮機(jī)入口。②對(duì)PG204進(jìn)行改造，增加副線調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)PG204A/B雙回路分程控制。并將其引入DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由主控室直接進(jìn)行操作控制。

但需要強(qiáng)調(diào)的是在通常配氣站進(jìn)站氣體壓力較高的情況下，若出現(xiàn)系統(tǒng)跳車，而調(diào)節(jié)閥PG204不能及時(shí)調(diào)整到位，仍將會(huì)出現(xiàn)密封油系統(tǒng)調(diào)節(jié)不過(guò)來(lái)的情況，這就要求主控和壓縮操作人員要密切協(xié)作，盡快降低壓縮機(jī)入口工藝氣體壓力，同時(shí)調(diào)整好壓縮機(jī)密封油高位槽液位，以保證機(jī)組正常連續(xù)運(yùn)行。

4 總結(jié)

天然氣壓縮機(jī)密封油系統(tǒng)故障的原因和處理結(jié)果給我們以很大啟示，化工生產(chǎn)活動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，不放過(guò)每一個(gè)蛛絲馬跡，注重?cái)?shù)據(jù)分析，從系統(tǒng)的角度看問(wèn)題，是解決生產(chǎn)疑難問(wèn)題最有效的方法和途徑。

2013-12-13

白金光(1964-)，男，高級(jí)工程師，從事透平機(jī)械運(yùn)行控制和維修等技術(shù)管理工作，電話：13623932629。

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1003-3467(2014)01-0040-02