甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封的技術(shù)改造及效益分析

喬小亮

（山西焦化股份有限公司，山西 臨汾 041606）

引言

甲醇合成壓縮機(jī)主要用于以煤或者天然氣為原料合成甲醇時(shí)對(duì)合成氣進(jìn)行增壓以保證甲醇制備所需條件的一種設(shè)備。合成壓縮機(jī)作為制備甲醇的核心設(shè)備，一旦停機(jī)將會(huì)影響全線生產(chǎn)。實(shí)踐表明，導(dǎo)致甲醇合成壓縮機(jī)停機(jī)常見且主要原因?yàn)槊芊馐А８蓺饷芊庾鳛楝F(xiàn)場(chǎng)主流、新型的密封方式，與傳統(tǒng)接觸式機(jī)械密封相比具有極大的優(yōu)勢(shì)[1]。干氣密封失效嚴(yán)重制約著甲醇合成反應(yīng)的正常連續(xù)運(yùn)行，輕則造成設(shè)備停機(jī)搶修，重則導(dǎo)致整個(gè)工廠停工。因此，針對(duì)甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封失效的原因分析并針對(duì)性的提出技術(shù)改造措施對(duì)于保證甲醇合成具有重大意義。

1 干氣密封失效問題及原因分析

重點(diǎn)從干氣密封主要對(duì)存在的問題及其導(dǎo)致干氣密封失效的主要原因進(jìn)行具體分析，旨在為后續(xù)針對(duì)性提出干氣密封技術(shù)改造措施提供支撐。

1.1 干氣密封存在的問題分析

干氣密封一次氣泄露量是對(duì)甲醇合成壓縮機(jī)密封效果反應(yīng)的主要參數(shù)。當(dāng)設(shè)計(jì)測(cè)得的一次氣泄露量高出限值時(shí)，在相關(guān)聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的作用下會(huì)控制壓縮機(jī)停機(jī)運(yùn)行。一般情況下，甲醇合成壓縮機(jī)設(shè)置了高壓缸和低壓缸一次泄漏量的監(jiān)測(cè)。其中，低壓缸一次泄漏量的最高限值為20.68 m3/h；高壓缸一次泄漏量的最高限值為54.68 m3/h。通過總結(jié)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，甲醇合成壓縮機(jī)一般由于高壓缸一次泄露流量超過限值導(dǎo)致其停機(jī)被迫檢修，對(duì)應(yīng)的失效類型可以分為兩種情況[2]。

1）第一種失效類型：甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封結(jié)構(gòu)發(fā)生非常嚴(yán)重的損壞，失去了修復(fù)的價(jià)值；該種失效形式發(fā)生的概率占總失效形式的15%左右。如圖1 所示。

圖1 干氣密封發(fā)生結(jié)構(gòu)性損毀示意圖

2）第二種失效類型：甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封由于其動(dòng)靜密封圈、O 型密封圈磨損或者開裂導(dǎo)致其一次泄露量超過限值，進(jìn)而導(dǎo)致整機(jī)被迫檢修；該種失效形式發(fā)生的概率占總失效形式的85%左右。如圖2 所示。

圖2 干氣密封部件磨損或開裂示意圖

總的來講，甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封發(fā)生故障主要存在的問題可歸納如下：

1）高壓缸干氣密封失效次數(shù)遠(yuǎn)大于低壓桿的失效次數(shù)；

2）干氣密封在設(shè)計(jì)初期的使用壽命一般為5 年，但是在實(shí)際生產(chǎn)中僅能夠使用一年；

3）干氣密封在冬季發(fā)生故障的概率明顯高于其他季節(jié)[3]。

1.2 干氣密封失效的主要原因分析

具體對(duì)第一種和第二種失效形式的主要原因進(jìn)行具體分析，具體闡述如下：

1）導(dǎo)致甲醇合成壓縮機(jī)發(fā)生第一種失效形式的主要原因?yàn)楦邏焊邹D(zhuǎn)子的軸向推力過大。深度分析可知：由于高壓缸平衡盤功能失效是導(dǎo)致其軸向推理過大的主要原因。因此，需要從甲醇合成器壓縮機(jī)高壓缸平衡盤梳齒的密封、返回氣進(jìn)入高壓段入口壁以及返回管線等環(huán)節(jié)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

2）導(dǎo)致甲醇合成壓縮機(jī)發(fā)生第二種失效形式的主要原因?yàn)槲酃高M(jìn)入密封面（密封氣供氣不足、密封梳齒間隙增大、平衡管阻塞）、供氣氣源自身污染（密封氣源未經(jīng)過處理、火炬氣倒流）、干氣密封進(jìn)液（供氣管無伴熱保溫、正常運(yùn)轉(zhuǎn)中節(jié)流帶液、壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)冷凝、緊急停車造成反流帶液、隔離氮?dú)庵袛啵?、頻繁開停車、干氣密封反轉(zhuǎn)等[4]。

2 干氣密封的技術(shù)改造及效益分析

在上述對(duì)導(dǎo)致干氣密封第一種和第二種失效主要原因分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的提出技術(shù)改造措施，并對(duì)改造后的效益進(jìn)行分析。

2.1 干氣密封的技術(shù)改造

結(jié)合導(dǎo)致干氣密封兩種失效形式的主要原因分析的基礎(chǔ)上，本小節(jié)針對(duì)性的提出基礎(chǔ)改造方案。

2.1.1 高效消除異常軸向力

甲醇合成器壓縮機(jī)中的平衡盤的主要作用是消除壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪兩側(cè)的壓力。但是，目前壓縮機(jī)并未具備對(duì)平衡盤腔室壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，一旦平衡盤系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致無法對(duì)葉輪兩側(cè)壓力進(jìn)行抵消時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子額外的軸向推力增加，從而使干氣密封結(jié)構(gòu)損壞[5]。因此，增加平衡盤壓力監(jiān)測(cè)裝置，具體如圖3 所示。

圖3 平衡盤壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1.2 供氣系統(tǒng)改造

由于密封氣供氣不足是導(dǎo)致干氣密封第二種失效形式的主要原因。為解決上述問題在高壓缸和低壓缸密封氣系統(tǒng)均增加一個(gè)增壓機(jī)總成，保證密封氣供氣足夠滿足干氣密封功能的需求。此外，還可通過增加一次氣就地排放、增加供氣管線點(diǎn)伴熱等措施保證密封氣的供給。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

實(shí)踐表明，對(duì)甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封技術(shù)改造后可直接減少系統(tǒng)停車所造成的損失，同時(shí)可間接的減少系統(tǒng)檢修的費(fèi)用。因此，壓縮機(jī)干氣密封技術(shù)改造后的經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

2.2.1 減少停機(jī)造成的損失

由于干氣密封失效導(dǎo)致壓縮機(jī)停機(jī)所造成的物料和人工成本。其中，壓縮機(jī)每次停車均需耽誤5 天的生產(chǎn)時(shí)間，通過以往檢修經(jīng)驗(yàn)，每次停車檢修所花銷的費(fèi)用高達(dá)319 萬(wàn)元。同時(shí)，在檢修期間需配置相應(yīng)的腳手架、拆裝費(fèi)用以及聘請(qǐng)專家費(fèi)用約25 萬(wàn)元。

結(jié)合目前我廠的生產(chǎn)能力和當(dāng)前精甲醇的市場(chǎng)價(jià)格，每噸精甲醇的利潤(rùn)按照0.1 萬(wàn)元計(jì)算，在停車的5 天內(nèi)造成的直接損失約1156 萬(wàn)元。

綜上所述，由于壓縮機(jī)停車所導(dǎo)致的直接費(fèi)用和損失約為1 500 萬(wàn)元。

2.2.2 檢修費(fèi)用

通過以往檢修經(jīng)驗(yàn)，壓縮機(jī)停車后需對(duì)干氣密封和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢修。其中，干氣密封檢修直接費(fèi)用約60 萬(wàn)元，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子檢修的直接費(fèi)用約為100 萬(wàn)元。

綜上所述，由于干氣密封失效所增加的檢修費(fèi)用約160 萬(wàn)元。

因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醇?jí)嚎s機(jī)干氣密封技術(shù)改造后可直接獲得的經(jīng)濟(jì)效益為：1500 萬(wàn)元+160 萬(wàn)元=1 660 萬(wàn)元。

3 總結(jié)

壓縮機(jī)為甲醇合成反應(yīng)的核心設(shè)備，在實(shí)踐生產(chǎn)中該設(shè)備由于種種原因?qū)е缕涑霈F(xiàn)干氣密封結(jié)構(gòu)損毀的第一種失效形式和干氣密封部件磨損或開裂的第二種失效形式會(huì)直接造成甲醇合成氣壓縮機(jī)停機(jī)，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。為此，本文從消除異常軸向力和保證供氣系統(tǒng)兩方面提出技術(shù)改造措施。對(duì)甲醇合成壓縮機(jī)技術(shù)改造后沒直接獲取的經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)1 660 萬(wàn)元。