氨壓縮機(jī)干氣密封主密封氣流量低的原因分析及處理措施

呂啟鵬，俞吉祥，毛自君

(青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司，青海格爾木 816099)

青海鹽湖工業(yè)股份有限公司化工分公司年產(chǎn)300 kt合成氨的裝置，是以天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔的副產(chǎn)尾氣為原料，經(jīng)脫硫、加氫轉(zhuǎn)化除去烯烴和炔烴、中低變換除去一氧化碳、MDEA脫碳、變壓吸附工序制得純度99.7%(體積分?jǐn)?shù)，下同)的氫氣[1]，高純氫氣與空分裝置產(chǎn)的高純氮?dú)獍幢壤旌辖?jīng)甲烷化精制、合成氣壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)行氨合成，出塔含氨氣經(jīng)冷凍分離制得產(chǎn)品氨。氨壓縮機(jī)是為冷凍系統(tǒng)提供冷量以滿足生產(chǎn)需要，氨壓縮機(jī)汽輪機(jī)型號(hào)為N25/28/25，屬全凝式，進(jìn)汽為中壓過熱蒸汽，正常壓力為3.55 MPa、溫度410 ℃、流量18.6 t/h。離心式壓縮機(jī)型號(hào)為MCL404+MCL457，分為2個(gè)缸、2段壓縮[2]。壓縮機(jī)軸端采用干氣密封，高低壓缸均采用28XP串聯(lián)式干氣密封，運(yùn)行可靠性高，使用壽命長，密封氣泄漏量小，功耗低，工藝回路無油污染，工藝氣也不污染潤滑油系統(tǒng)，取消了龐大的密封油供給及測控系統(tǒng)，所占空間小，質(zhì)量輕，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，減少了計(jì)劃外維修費(fèi)用和生產(chǎn)停車[3]。

1 氨壓縮機(jī)工藝流程

來自2#氨冷器的氣氨(0.196 MPa，-15.3 ℃)進(jìn)入氨壓縮機(jī)一段進(jìn)行壓縮，經(jīng)一段壓縮后壓力為0.41 MPa、溫度為44.2 ℃，通過分離器后與來自1#氨冷器、合成氣壓縮機(jī)段間氨冷器的氣氨進(jìn)入氨壓縮機(jī)二段進(jìn)行壓縮，二段出口壓力為1.602 MPa、溫度147.6 ℃的氣氨進(jìn)入氨冷凝器冷凝，二段出口設(shè)有二回一防喘管線和二回二防喘管線，以防止壓縮機(jī)喘振。來自液氨受槽的液相氨進(jìn)入一段入口分離器和段間分離器，用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)一段入口和二段入口的氣氨溫度[4]。

2 干氣密封流程

氨壓縮機(jī)干氣密封采用“帶中間迷宮密封的串聯(lián)式干氣密封結(jié)構(gòu)型式”。其中干氣密封主密封氣來自氨壓縮機(jī)二段出口的工藝氣，工藝氣經(jīng)過濾器除去工藝氣中的雜質(zhì)后通過調(diào)節(jié)閥PDCV6453、PDCV6473調(diào)節(jié)，分別進(jìn)入氨壓縮機(jī)高低壓缸驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端干氣密封，進(jìn)入干氣密封的主密封氣與軸端介質(zhì)的壓差不小于0.2 MPa。2.8 MPa中壓氮?dú)庾鳛榘眽嚎s機(jī)開機(jī)時(shí)的主密封氣氣源。干氣密封二級密封氣用低壓氮?dú)?0.65 MPa)作為氣源，二級密封氣經(jīng)過濾器除去低壓氮?dú)庵械碾s質(zhì)后,通過減壓閥PCV6451、PCV6471減壓至0.1～0.3 MPa再進(jìn)入干氣密封中。隔離氣用低壓氮?dú)?0.65 MPa)作為氣源，通過減壓閥PCV6452、PCV6453、PCV6472、PCV6473將壓力降至15 kPa左右再進(jìn)入壓縮機(jī)軸端，防止軸端油進(jìn)入干氣密封。

3 故障經(jīng)過

自2014年2月氨壓縮機(jī)試車到正常運(yùn)行，干氣密封系統(tǒng)運(yùn)行良好，未出現(xiàn)故障。2014年8月裝置停車檢修，更換氨壓縮機(jī)高低壓缸干氣密封；2014年9月10日，低壓缸干氣密封主密封氣流量FT6451/FT6542在30 min內(nèi)從3.8 m3/h(標(biāo)態(tài))下降至1.1 m3/h(標(biāo)態(tài))，報(bào)警值為2.31 m3/h(標(biāo)態(tài))，為避免干氣密封干磨損壞，機(jī)組停車檢查干氣密封系統(tǒng)。

4 原因分析

引起干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的原因較多:干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量變送器FT6451/FT6542故障，儀表提供假信號(hào)；干氣密封主密封氣壓力調(diào)節(jié)閥PDCV6453或其旁路故障，進(jìn)氣量減少；主密封氣過濾器精度高，工藝氣雜質(zhì)較多，過濾器濾芯出現(xiàn)堵塞；平衡管堵塞，導(dǎo)致干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量低；干氣密封主密封氣供氣壓力低；干氣密封主密封氣管線堵塞等。

4.1 干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量變送器FT6451/FT6542故障

氨壓縮機(jī)低壓缸干氣密封系統(tǒng)主密封氣進(jìn)氣流量變送器驅(qū)動(dòng)端、非驅(qū)動(dòng)端各一只，F(xiàn)T6451、FT6542的測量值同時(shí)從3.8 m3/h(標(biāo)態(tài))下降至1.1 m3/h(標(biāo)態(tài))，2只表同時(shí)故障的概率極低，且主密封氣與平衡管壓差PDT6453由630 kPa左右下降到90 kPa，一級泄漏氣壓力PT6451/PT6452及一級泄漏氣流量FT6455/FT6546均有所下降，所以排除干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量變送器FT6451/FT6542故障，儀表提供假信號(hào)是引起干氣密封氣主密封氣流量持續(xù)下降的原因。

4.2 干氣密封主密封氣壓力調(diào)節(jié)閥PDCV6453或其旁路故障

在干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量FT6451/FT6542同時(shí)下降時(shí)，主密封氣壓力調(diào)節(jié)閥PDCV6453的OP值由50%逐漸全開，緩慢全開PDCV6453的旁路閥流量FT6451/FT6542還是持續(xù)下降；而PDCV6453或其旁路同時(shí)故障的概率很小，可以排除干氣密封主密封氣壓力調(diào)節(jié)閥PDCV6453或其旁路故障，進(jìn)氣量減少是引起干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的原因。

4.3 主密封氣過濾器精度太高，工藝氣雜質(zhì)多，過濾器濾芯堵塞

氨壓縮機(jī)4個(gè)過濾器濾芯為2014年8月大檢修時(shí)更換的過濾精度為2 μm的濾芯，且高低壓缸一次過濾器壓差表均沒有高報(bào)，壓縮機(jī)一段、二段入口均設(shè)有濾網(wǎng)(100目)，所以排除主密封氣過濾器精度太高、工藝氣雜質(zhì)多、過濾器濾芯堵塞是引起干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的原因。

4.4 平衡管堵塞導(dǎo)致干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量低

平衡管堵塞會(huì)使低壓缸軸向位移增大，從低壓缸軸位移曲線可知，軸位移ZE6300為-0.08 mm，ZE6301為-0.06 mm，在干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的過程中沒有發(fā)生變化，且平衡管壓力表顯示壓力在正常范圍內(nèi)，所以排除平衡管堵塞導(dǎo)致干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量低是引起干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的原因。

4.5 干氣密封主密封氣供氣壓力低

氨壓縮機(jī)正常運(yùn)行期間，干氣密封主密封氣來自高壓缸二段出口，壓力為1.5 MPa，溫度為140 ℃。經(jīng)過濾后由主密封氣壓力調(diào)節(jié)閥PDCV6453控制壓力，主密封氣大部分經(jīng)過前置迷宮密封流向平衡腔室，小部分經(jīng)過一級密封從一級排放口排放;如果干氣密封主密封氣供氣壓力由于某種原因急劇下降，會(huì)影響主密封氣的流量。但根據(jù)氨壓縮機(jī)二段的出口壓力一直在 1.5 MPa 左右，溫度在140 ℃左右，因此可以排除干氣密封主密封氣供氣壓力低是引起干氣密封主密封氣進(jìn)氣流量持續(xù)下降的原因。

4.6 干氣密封主密封氣管線堵塞

干氣密封主密封氣管線被白色晶體堵塞的原因可能有：①冷凍系統(tǒng)有微量水；②機(jī)組在開停車過程中干氣密封主密封氣為2.8 MPa的中壓氮?dú)猓渲锌赡芎形⒘緾O2；③管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕。

4.6.1 冷凍系統(tǒng)有微量水

由于該裝置地處察爾汗鹽湖地區(qū)，循環(huán)水中Cl-超標(biāo)，工藝系統(tǒng)中水冷器內(nèi)漏時(shí)可能會(huì)有微量水進(jìn)入冷凍系統(tǒng)，而Cl-跟NH3反應(yīng)生成白色晶體氯化銨； 2015年大檢修時(shí)，對氨壓縮機(jī)回流冷卻器進(jìn)行打壓，發(fā)現(xiàn)內(nèi)漏較大。

4.6.2 機(jī)組在開停車過程中干氣密封主密封氣為2.8 MPa的中壓氮?dú)猓渲锌赡芎形⒘緾O2

由于二氧化碳壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)中干氣密封主密封氣均為2.8 MPa的中壓氮?dú)?，在這種情況下很有可能工藝氣向中壓氮?dú)獾垢Z，導(dǎo)致氨壓縮機(jī)在開停車過程中干氣密封主密封氣管線有微量的CO2存在，CO2與NH3反應(yīng)生成白色晶體碳酸銨或碳酸氫銨。

4.6.3 管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕

在某種特殊的情況下，管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕，產(chǎn)生的酸性氣體或酸性離子與氨氣在較低的溫度下生成白色晶體銨鹽。

5 處理措施

(1)將二氧化碳壓縮機(jī)、原料氣壓縮機(jī)干氣密封主密封氣所用的中壓氮?dú)夤芫€上的進(jìn)氣前、后閥全關(guān)，中間導(dǎo)淋開2扣，并定時(shí)取樣進(jìn)行分析，確保在運(yùn)行過程中CO2不竄入中壓氮?dú)庀到y(tǒng)。

(2)根據(jù)銨鹽易溶于水、加熱時(shí)易分解的特性，對氨壓縮機(jī)干氣密封主密封氣管線增加蒸汽伴熱，去掉原來的夾套伴熱，重新在低壓蒸汽分配臺(tái)配2根DN15 mm蒸汽伴熱管，高、低壓缸各1根，并做好保溫。

6 結(jié)語

氨壓縮機(jī)干氣密封裝置進(jìn)行技術(shù)改造后，從2014年11月運(yùn)行至今，未出現(xiàn)干氣密封主密封氣流量低、管線堵塞的現(xiàn)象，取得了良好的效果，既保護(hù)了干氣密封，又保證了裝置的長周期穩(wěn)定運(yùn)行。