朱狄，納賽爾，武麗萍

（中國石油獨山子石化分公司煉油廠，新疆 獨山子 833699）

循環(huán)氫壓縮機是加氫裂化裝置的核心機組，不設(shè)備機，一旦出現(xiàn)故障，則裝置被迫停工，破壞原有的煉油部各生產(chǎn)單元之間的物料平衡，對降低石化公司全年度的柴汽比的工作造成極大困難；同時減少了近1/4的化工原料的供給，制約了整個石化公司整體經(jīng)濟效益的提升。循環(huán)機的各部件的有效性和可靠性直接關(guān)系到裝置的正常生產(chǎn)，而循環(huán)氫壓縮機的干氣密封系統(tǒng)是制約循環(huán)機穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素之一。

某加氫裂化裝置循環(huán)氫壓縮機由蒸汽輪機和離心式壓縮機組成。蒸汽輪機運行較為穩(wěn)定，本文暫不討論；離心式壓縮機的運行受到的制約則相對較多，離心式壓縮機的密封采用干氣密封系統(tǒng)。干氣密封是一種新型的非接觸式軸封，基本上不受PV值的限制，因此干氣密封特別適合作為在高速高壓條件下的大型離心壓縮機軸封，不再會受到密封潤滑油的限制，且氣體控制系統(tǒng)比油膜密封的油系統(tǒng)要簡單得多。

1 干氣密封簡介及運行現(xiàn)狀

1.1 干氣密封簡介

某加氫裂化裝置的循環(huán)機干氣密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包含有靜環(huán)、動環(huán)組件（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座（腔體）等零部件。靜環(huán)位于不銹鋼彈簧座內(nèi)，用副密封O形圈密封。彈簧在密封無負荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在轉(zhuǎn)子上的動環(huán)組件配合。該干氣密封工藝及結(jié)構(gòu)圖見圖1。

該干氣密封的主密封氣為經(jīng)循環(huán)機壓縮后的循環(huán)氫，操作溫度穩(wěn)定在75～80℃之間，操作壓力穩(wěn)定在16～16.5MPa的區(qū)間，循環(huán)氫經(jīng)過除液、過濾、恒溫后進入干氣密封系統(tǒng)，大部分進入壓縮機機體內(nèi)側(cè)，小部分經(jīng)過一級密封系統(tǒng)與壓縮機漏氣混合后與補入的部分二級氮氣再次混合后去火炬系統(tǒng)。

1.2 干氣密封運行現(xiàn)狀

該加氫裂化裝置循環(huán)機2009年投入運行。2010年5月，因干氣密封系統(tǒng)失效被迫停工檢修；隨后正常運行至2011年，2011年大修后，正常運行至2015年5月，2015年大修后再次投入運行，在2017年9月11日，干氣密封系統(tǒng)的低壓端密封泄漏量突然出現(xiàn)波動，先是泄漏量增大，在恢復(fù)正常后又出現(xiàn)泄漏量增大，且在隨后的幾天內(nèi)出現(xiàn)多次波動。低壓端的泄漏量波動沒有任何先兆，且沒有明顯的規(guī)律性可言。9月15日，泄漏壓力高達到聯(lián)鎖值，導(dǎo)致循環(huán)機停機。

該干氣密封系統(tǒng)采用的是約翰克蘭公司的28XP型干氣密封，密封組件經(jīng)天津約翰克蘭2015年修復(fù)后安裝在循環(huán)機上，一直運行平穩(wěn)，直至2017年9月，干氣密封失效而聯(lián)鎖停機。

對循環(huán)機的干氣密封拆解后，高壓端的干氣密封組件未發(fā)現(xiàn)明顯的問題；對出現(xiàn)問題的低壓端密封組件拆檢后發(fā)現(xiàn)動靜環(huán)表面僅有微量的磨痕，無明顯問題；二級密封動靜環(huán)及副密封良好，無卡滯現(xiàn)象；一級密封副密封存在2處被撕裂，見圖2。

圖2 一級密封副密封撕裂

副密封表面有黑色物質(zhì)附著，擦除黑色物質(zhì)發(fā)現(xiàn)一級副密封工作表面均已經(jīng)被嚴重磨損，部分已經(jīng)有裂痕，見圖3。

干氣密封低壓端內(nèi)彈簧座以及推環(huán)表面均有黑色結(jié)焦物質(zhì)附著，去除推環(huán)附著的黑色結(jié)焦物質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)推環(huán)鍍層有明顯磨損。

2 密封損壞原因分析

2.1 密封拆解分析

由拆檢的結(jié)果分析，本次干氣密封低壓端的密封組件的失效主要集中在密封靜環(huán)及推環(huán)和對靜環(huán)和推環(huán)起密封作用的聚合物密封圈上。

圖3 副密封表面有黑色物質(zhì)附著

（1）干氣密封廠商的現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員承認在安裝過程中，可能存在密封組件的鎖緊螺母未安裝到位的情況，導(dǎo)致在密封運轉(zhuǎn)過程中，鎖緊螺母如果沒有鎖緊會導(dǎo)致推環(huán)與副密封摩擦加劇，從而致使副密封磨損加劇。

副密封材質(zhì)是以碳為基體的密封組件，當(dāng)副密封組件表面與存在硬質(zhì)合金的推環(huán)表面摩擦后，部分碳粉微粒落在副密封的彈簧座內(nèi)及推環(huán)和副密封之間，造成推環(huán)與副密封之間產(chǎn)生不規(guī)則的相對運動狀態(tài)，并進一步加劇了彈簧和推環(huán)之間的摩擦，造成更多的碳粉微粒進入密封腔體內(nèi)，進而造成惡性循環(huán)；且推環(huán)與副密封之間的聚合物密封圈有兩處撕裂，撕裂的小段聚合物密封圈可能進入推環(huán)與副密封之間，或卡在預(yù)緊固的彈簧上，造成推環(huán)與副密封之間更大的不規(guī)則的對位，導(dǎo)致主密封與副密封之間的相對運動狀態(tài)發(fā)生大幅度的改變，改變主、副密封的平衡受力狀態(tài)，導(dǎo)致主、副密封之間的間隙大幅度的改變，可能造成大量的介質(zhì)氣泄漏至后路，造成排氣壓力急劇上升，最終導(dǎo)致壓縮機停機。

正常情況下，主、副密封之間的間隙穩(wěn)定在2～4μm之間，在循環(huán)氫壓縮機正常運行過程中存在3～6μm的軸向波動。因軸向位移的波動在主、副密封之間的間隙無法快速的恢復(fù)平衡狀態(tài)時，也會造成密封泄漏量的增大。

（2）低壓側(cè)密封組件先前修復(fù)時未曾更換推環(huán)，只對推環(huán)工作表面做了拋光處理，在精度上與原始的噴涂硬質(zhì)合金有差異，在運行過程中推環(huán)不斷伴隨轉(zhuǎn)子的軸位移使得推環(huán)與副密封存在反復(fù)摩擦導(dǎo)致副密封磨損。由此同樣會造成主密封與副密封之間的間隙變化，干氣密封的工況不穩(wěn)定，進而造成密封泄漏量的增大。

2.2 工藝條件分析

工藝參數(shù)對于干氣密封運行的影響，主要體現(xiàn)為干氣密封介質(zhì)氣組成的改變以及介質(zhì)溫度的控制。統(tǒng)計了最近6個月的循環(huán)氫組成分析，平均化處理后的分析如表1。

表1 循環(huán)氫最近6個月的平均組成分析

對此循環(huán)氫的組成利用ASPEN軟件測算出在壓縮機正常運行條件下的露點溫度約為56.5℃，根據(jù)軟件模擬測算分析，在正常運行條件下，干氣密封氣帶液的可能較小，而一旦壓縮機因為某種原因停機，或在壓縮機的開停工階段，壓縮機工藝參數(shù)改變，循環(huán)氫的露點溫度下移，則有可能造成液態(tài)物質(zhì)進入動靜密封的工作表面，進而影響干氣密封的正常運行。2010年，該裝置的干氣密封系統(tǒng)曾因為停工期間的處置不當(dāng)，導(dǎo)致將液態(tài)物質(zhì)帶入干氣密封的動靜環(huán)工作表面，造成干氣密封損壞，如圖4所示。

圖4 油漬浸入靜環(huán)而產(chǎn)生的亮斑

除去帶液的問題外，在正常運行的過程中，循環(huán)機進出口的溫度基本維持穩(wěn)定，但進出口的壓力因反應(yīng)系統(tǒng)或氫氣供給的波動，可能造成循環(huán)機的進出口壓力較大幅度的波動，特別是循環(huán)機出口的壓力波動，直接影響到干氣密封系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，如瞬間波幅過大，可能造成動靜環(huán)表面相互接觸而在高速的相對運動中造成極大地磨損，造成干氣密封的失效而損壞。

3 穩(wěn)定干氣密封運行的措施

3.1 保證安裝質(zhì)量，避免出現(xiàn)類似密封組件鎖緊螺母安裝不到位的情況

由于干氣密封核心部件的安裝全部都是密封廠商的現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)人員進行，因商業(yè)合約的限制，無法對其安裝的質(zhì)量進行檢測?？稍谏虡I(yè)條款中加大對出現(xiàn)問題后的追責(zé)來使廠商的技術(shù)服務(wù)人員來保證核心部件安裝的質(zhì)量。

對于推環(huán)等核心部件，如出現(xiàn)磨損，則盡可能不再使用，修復(fù)后的核心組件在整體裝配上的精度差異，無法通過工藝調(diào)整來獲得補償，為此節(jié)省的費用而造成裝置面臨極大的停工風(fēng)險，反而得不償失。

3.2 在工藝生產(chǎn)過程中，盡可能的保證干氣密封系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)的穩(wěn)定

3.2.1 避免液態(tài)物質(zhì)進入干氣密封系統(tǒng)

由于干氣密封的特性，在正常運行過程中，工藝參數(shù)的小幅度波動不會對供氣密封的運行造成永久性的損傷；而在裝置開工或停工等特殊階段，有可能因為參數(shù)設(shè)置的不當(dāng)而造成干氣密封系統(tǒng)帶液，進而造成密封性能的降低或完全失效。

定期進行循環(huán)氫的全組成分析，以確定其該運行狀態(tài)下的露點溫度低于操作溫度。降低循環(huán)氫介質(zhì)進入干氣密封系統(tǒng)后產(chǎn)生凝液的可能；并對干氣密封的除濕除霧器設(shè)定一定的液位報警值，當(dāng)液位到達報警值時，及時對除濕除霧器進行切液，避免液態(tài)介質(zhì)進入干氣密封的動靜環(huán)運動表面而使密封失效。

在開停工期間，特別注意介質(zhì)運行參數(shù)的變化，及時使用ASPEN軟件或其他類似的軟件對循環(huán)氫進行露點測算，保證其運行溫度在當(dāng)前狀態(tài)下的露點溫度之上。

在循環(huán)機停工期間，對循環(huán)機的出口管線外接臨時管線進行排液，避免開機時，液體隨高速流動的氣流進入干氣密封系統(tǒng)而使密封失效。

3.2.2 控制壓縮機的出口壓力的瞬間波動量

在廠商給出的建議值中，進入干氣密封系統(tǒng)在操作溫度下的壓力變動每分鐘不大于0.4MPa；而目前干氣密封主要通過主密封氣與壓縮機平衡管之間的差壓來控制干氣密封主密封氣的流量，差壓正常情況下控制為0.25～0.27MPa，而當(dāng)循環(huán)機的出口壓力瞬間波幅大于此差壓，則有可能造成干氣密封主密封氣無流量通過，大量的工藝介質(zhì)氣體經(jīng)過主密封氣進入主密封的動靜環(huán)工作表面，造成工藝介質(zhì)氣與干氣密封主密封氣之間的迷宮密封因差壓過大而引發(fā)迷宮密封的失效，進而引發(fā)干氣密封失效，嚴重時可能引發(fā)泄漏量過大而導(dǎo)致壓縮機聯(lián)鎖跳車。

為此，穩(wěn)定工藝操作，特別是控制異常狀態(tài)下的循環(huán)機出口的壓力波幅，而循環(huán)機出口的壓力控制源于新氫壓縮機負荷控制與反應(yīng)系統(tǒng)氫氣需求負荷之差。在異常情況下，除了維持新氫機的運轉(zhuǎn)外，更應(yīng)保證循環(huán)機的出口壓力波動不大于0.25MPa/min,以確保在波動的瞬間不至于主密封氣無流量注入。同時避免因出口壓力波動過大，而引發(fā)干氣密封動靜環(huán)之間的間隙無法及時恢復(fù)平衡。

4 結(jié)語

因為干氣密封一次性成型的特點，為保證干氣密封運行的穩(wěn)定性和可靠性，除了保證安裝的可靠性和精度外，工藝上盡可能的去除進入干氣密封系統(tǒng)的液相物質(zhì)，并維持壓縮機出口壓力的單位時間內(nèi)的波動小于干氣密封系統(tǒng)的控制差壓，以保證干氣密封系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為循環(huán)機的長周期穩(wěn)定運行創(chuàng)造平穩(wěn)的工作條件。