合成气压缩机干气密封损坏原因分析及措施

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河南龙宇煤化工有限公司-期500 kt/a甲醇装置的合成工序流程是：来 自低温甲醇洗装置的净化气和来 自氢回收装置的新鲜原料气通过合成气压缩机升压后，进入甲醇合成塔内进行催化反应，出合成塔气体(部分合成甲醇)经冷却、冷凝、分离出粗甲醇产品送往甲醇精馏工段，未反应的气体经合成气压缩机升压后进入合成回路循环利用。合成气压缩机由德国西门子制造，型号为 STC.SV (10.7.A)，是由汽轮机驱动的离心式压缩机，为-缸两段七级叶轮结构：第-段为新鲜气压缩段，由六级叶轮组成；第二段为循环段，由-级叶轮组成。压缩机干气密封为德国伯[收稿 日期]2012-09-12[作者简介]朱白钦(1979-)，男，河南郑州人，工程师。

0.0l：56.77 MPa≤l60 MPa十字头螺母螺纹牙所受剪切和弯曲应力小于其许用值，故十字头螺母取75 mm厚是安全的。

2.2 重新设计刮油器和刮油环增加刮油环组数，保证刮油器回油的畅通。

2.3 填料函密封改造填料函增加氮气密封装置，通过该密封装置将油和氧气有效地隔离，并安装引流管线，这样即使出现氧气泄漏也能马上被引走。同时用于隔离的氮气对活塞和填料也能起到降温的作用。

2.4 质量控制严格活塞杆、填料、刮油器组件等备件的加工质量，尤其是保证活塞杆的表面光洁度和硬度在技术要求范围内。

3 改造效果(1)改造后，活塞杆带油明显减少，同时刮油环使用周期大幅延长。1套刮油环组件可以使格曼设计制造，由于机组工作介质为合成气，因此干气密封采用两级串联式。

1 干气密封的工作原理正常运行过程中，以合成气压缩机排出的部分工艺气体 (8.2 MPa、71 cI)或开停车过程中由界区来的高压氮气 (8.I MPa，经 PV.15337减压为 6 MPa)作为密封气气源：合成气压缩机排出的部分工艺气体经过第-级密封气过滤器后，进人压缩机两侧的第-级密封端面，在密封面上形成密封气膜，以防止压缩机内的工艺气体进入密封，密封端面上正常向外产生的少量工艺泄漏气经压力控制后去火炬燃烧；自界区来的8.1 MPa左右的高压氮气，经第二级密封气过滤器过滤后，再经 PCV.15329控制压力 为 0.6用 6～8月，而原刮油环 1月便需停机更换 3-4次。在解决了机组反复停车对生产系统影响的同时，大幅降低了机组的检修频率，有效降低了生产成本。

(2)改造前曾因刮油环使用时间过长出现带油现象；改造后由于有了隔油盘、中座新增密封函和填料侧的氮气保护，使油无法进入填料侧，彻底杜绝了氧和油的接触。

4 结束语通过对 4M12-59/44型氧气压缩机刮油器、刮油环、中座等的改造，提高了刮油环的运行周期，杜绝了十字头侧的油顺活塞杆带到填料侧与氧接触造成着火烧坏压缩机的重大安全隐患。氧压机在2010年改造投用后的近 2 a运行中，再未发生过因带油造成活塞杆、中座、填料等着火事故，彻底消除了压缩机运行中存在的重大安全隐患，保障了员工的人身安全。

第3期 朱白钦等：合成气压缩机干气密封损坏原因分析及措施 ·41·MPa，然后进入第二级密封气端面，正常向外泄漏的少量氮气被引出至安全处放空；自界区来的0.4 MPa低压氮气经 PCV-15337控制压力 为0.14 MPa后进入压缩机轴端的密封函内，对轴承的润滑油进行隔离。

2 干气密封失效的表现2012年4月由于系统工况波动，造成蒸汽供应紧张，合成气压缩机被迫紧急停车。随后重新启动压缩机机组。在机组正常运行过程中，合成气压缩机-级密封驱动端漏气压力 PIT15332突然从245 kPa下降到 0 kPa，-级密封非驱动端漏气压力PIT15333出现震荡性波动，5 rain后，PIT15333瞬间达到600 kPa，机组联锁跳车。机组停车后，-级密封非驱动端漏气压力 PIT15333指示为 150 kPa左右，在正常范围内，但-级密封驱动端漏气压力 PIT15332仍旧为0 kPa。

3 原因分析3.1 初步判断经现场拆卸发现有干气密封损坏的碎末，依据干气密封-级密封驱动端漏气压力为 0 kPa，怀疑是干气密封驱动端二级密封损坏。

(1)驱动端-级密封摩擦副整体完好，但均有较严重的磨损；二级密封摩擦副全部碎裂；二级动环座及大气侧弹簧座均受到碎块冲击，其中动环座已经无法修复，大气侧弹簧座原件修复，重新配座静环防转销及推环；密封外表面附着有大量黄色颗粒状沉积物。

(2)非驱动端-级密封摩擦副整体完好 ，但端面磨损较严重；二级密封摩擦副完整，但端面磨损更为严重，推环已变形，只能重新制作。

3.3 干气密封损坏原因分析(1)该密封已投用 3 a多，试车初期合成气压缩机启停频繁，频繁的启停必然会影响到密封的使用寿命。

(2)本密封为德国伯格曼产品，其摩擦副为硬对硬设计，即碳化硅动环对表面喷涂 DLC减摩层的静环。该设计是非常成熟的，但从大量的使用经验来看，频繁启停对其的损伤要大于传统的硬对软设计。分析认为：该密封损坏的原因是频繁启停机组造成静环表面 DLC涂层脱落，而涂层-旦脱落就会导致端面出现随机的干摩擦，从而使端面严重磨损。

(3)从密封解体情况看，密封外表面都有黄色的沉积物，推测是工艺气倒灌且工艺气带醇所致。这种倒灌主要发生在机组紧急停车时没有外部高压气源注人的时候。此次虽然不是因为-级密封失效而导致的联锁，但是-级密封气的端面已经受到较严重的磨损，失效只是时间问题。

此次二级密封突然失效，也主要是由于二级密封本身的工作压力较低，其气膜刚度低于-级，多次启停更易造成带液工艺气倒灌，使干气密封部件受到腐蚀造成不可修复的损伤，直至导致密封端面瞬时干摩擦而致动环碎裂。

4 解决及防范措施(1)根据损坏隋况，将原有的3套完整的摩擦副利用起来，选认好的2套摩擦副，研磨修复后分别作为2套密封的-级，其中1件动环重新刻槽后作为非驱动端密封的二级动环；由于原3件静环中的1件静环的表面DIE喷涂层磨损非常严重，将2套密封的二级静环用进口石墨材料替代。

(2)驱动端密封重新制做 1件动环座、2件推环，利用进 口碳化硅制做驱动端密封二级动环，配座调整垫片及二级静环。更换 2套密封的所有辅助密封圈，然后进行组装试验。

(3)工艺操作上增大合成气压缩机出口工艺气温度，避免工艺气倒灌带液。

(5)增加干气密封泄漏压力低于 50 kPa的低低联锁，避免因密封气中断而损坏干气密封。

(7)加强对机组干气密封的检测，大修时安排送专业厂家试验检测。

5 结束语通过对干气密封损坏原因的分析，采取相应的防范措施，取得了较好的效果，也为今后合成气压缩机干气密封工艺操作和设备维护积累了经验。此合成气压缩机进口干气密封的维修成功经验可为干气密封国产化提供借鉴。