宋云平 劉伯林(中國(guó)石油蘭州石化公司煉油廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

蘭州石化公司煉油廠80萬(wàn)噸/年連續(xù)重整裝置預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)(K-101A/B)采用的是無(wú)錫壓縮機(jī)廠生產(chǎn)的單級(jí)兩列對(duì)置式往復(fù)壓縮機(jī)(型號(hào)為：DW-20.5-X)，其作用是將氫氣增壓后送往預(yù)加氫反應(yīng)系統(tǒng)并使氫氣在該系統(tǒng)循環(huán)，保證預(yù)加氫反應(yīng)的氫油比[1]，是裝置的關(guān)鍵設(shè)備，其主要參數(shù)有：額定流量為19100Nm3/h、轉(zhuǎn)速為329rpm、缸徑為300mm、入口壓力為1.8MPa(G)、出口壓力為2.5MPa(G)、入口溫度為35℃、出口溫度為75℃。

1 氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

往復(fù)式壓縮機(jī)中，活塞桿的密封一般由填料密封來(lái)實(shí)現(xiàn)，填料密封泄漏是壓縮機(jī)的主要故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該壓縮機(jī)填料密封運(yùn)行時(shí)間最短為1個(gè)月，最長(zhǎng)為3個(gè)月，頻繁的維修影響了裝置的正常生產(chǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中，預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)存在以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)由于壓縮機(jī)填料密封有不同程度的泄漏量，加上缸座兩個(gè)隔離腔內(nèi)未注入氮?dú)?，從主填料函泄漏出的氫氣大量集中在壓縮機(jī)中體，在中體部位很容易形成氫氣和空氣共存的爆炸性環(huán)境(見(jiàn)圖1)。(2)泄漏的氫氣部分會(huì)沿著活塞桿進(jìn)入曲軸箱，會(huì)污染潤(rùn)滑油，使?jié)櫥偷拈W點(diǎn)降低，給壓縮機(jī)的運(yùn)行帶來(lái)了很大的安全隱患。(3)由于該壓縮機(jī)的輸送介質(zhì)是預(yù)加氫循環(huán)氫，預(yù)加氫循環(huán)氫中硫化氫含量比較高，含硫化氫的氫氣從呼吸閥處泄漏至外界，導(dǎo)致裝置現(xiàn)場(chǎng)硫化氫氣味較濃，不僅會(huì)危及裝置工作人員的人身安全，而且對(duì)裝置現(xiàn)場(chǎng)規(guī)格化管理帶來(lái)不利影響。

圖1 往復(fù)式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

2 原因分析

預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)主填料密封函內(nèi)裝有7組填料，為了解決硬填料磨損后的補(bǔ)償問(wèn)題，往往采用分瓣式結(jié)構(gòu)(切向環(huán)和徑向環(huán))。在分瓣密封環(huán)的外圓周上，用拉伸彈簧箍緊，填料環(huán)將緊貼在活塞桿圓柱面而建立起密封，當(dāng)填料磨損后，能起到自動(dòng)補(bǔ)償?shù)淖饔?。氣缸?nèi)泄漏的氫氣經(jīng)過(guò)各級(jí)填料密封環(huán)后逐級(jí)減壓，最后壓力降到一個(gè)較低值，從而達(dá)到較好的密封效果[2,3]。

根據(jù)對(duì)填料密封結(jié)構(gòu)及密封原理的了解及對(duì)失效密封的分析，可知造成填料密封泄漏、氫氣竄入壓縮機(jī)曲軸箱的原因有[4-6]：

(1)填料函與活塞桿不對(duì)中、配合面粗糙度過(guò)大、壓蓋未壓緊等安裝缺陷。

(2)填料環(huán)的彈簧失效、填料的過(guò)量磨損等使得填料密封在運(yùn)行過(guò)程脫落而出現(xiàn)的失效。

(3)填料密封未注入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在填料函中沒(méi)有形成氮?dú)饷芊馇?，致使填料密封失效過(guò)快。

(4)預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)填料密封泄漏導(dǎo)致氫氣沿著活塞桿進(jìn)入中體，而由于中體頂部高位放空安裝不合理，使含硫化氫的氫氣竄入曲軸箱。

3 改造措施

針對(duì)存在的問(wèn)題，在不改變填料密封結(jié)構(gòu)的前提下，提出對(duì)壓縮機(jī)主填料密封和中間填料充氮保護(hù)，確保中間體區(qū)域不產(chǎn)生爆炸性氣體環(huán)境。同時(shí)，通過(guò)改造，將泄漏的介質(zhì)排放至火炬或高位放空。

3.1 對(duì)壓縮機(jī)主填料函和中間填料充氮?dú)?/h3>

將氮?dú)夥殖蓛陕?，一路通入主填料函，用?lái)阻止氫氣向氮?dú)饷芊馇粌?nèi)泄漏，當(dāng)有一部分氫氣泄漏至氮?dú)饷芊馇粫r(shí)，由于氮?dú)饷芊馇粌?nèi)的氮?dú)饩哂幸欢ǖ膲毫?，能有效防止氫氣繼續(xù)泄漏，從而達(dá)到較好的密封性能。另一路充入中間填料，提高中間填料的密封效果。同時(shí)，在氮?dú)馊ブ魈盍虾幵黾訂蜗蜷y，防止填料泄漏增大后氫氣倒入氮?dú)饩€，如圖2所示[7]。

圖2 填料密封裝配圖

3.2 改造中體頂部高位放空線

為防止從氣缸泄漏出來(lái)的氫氣進(jìn)入中體和曲軸箱，疏通、改造壓縮機(jī)中體頂部高位放空線，將其經(jīng)高位放空線排至火炬或放空，并在根部閥處增加放空閥，以便在高位放空線不通時(shí)使用蒸汽來(lái)處理。

4 取得的效果

預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)氮封系統(tǒng)的改造，有效地解決了高濃度氫氣在壓縮機(jī)中體和曲軸箱內(nèi)累積的安全隱患。另外，解決了硫化氫從呼吸閥漏出造成裝置現(xiàn)場(chǎng)濃度超標(biāo)的問(wèn)題。改造后，呼吸閥處H2S 含量由22ppm 降至3～5ppm、壓縮機(jī)中體H2S含量由39ppm 降至6～9ppm、裝置現(xiàn)場(chǎng)H2S 含量由13ppm 降至0、半年內(nèi)檢修頻次從4次降至0次，效果顯著。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)加強(qiáng)泄漏氫氣及時(shí)排大氣放空，壓縮機(jī)中體和曲軸箱內(nèi)的氫氣含量大幅下降，減少了壓縮機(jī)中體和曲軸箱呼吸閥發(fā)生閃爆的隱患。同時(shí)，通過(guò)改造，減少了裝置現(xiàn)場(chǎng)的硫化氫量，不僅對(duì)裝置工作人員的安全提供了保障，而且為環(huán)境保護(hù)及裝置現(xiàn)場(chǎng)規(guī)格化作出了貢獻(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

按文中措施對(duì)預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)填料密封進(jìn)行改造并投運(yùn)，使用效果良好，經(jīng)濟(jì)及安全環(huán)保效益顯著，裝置現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)格化管理得到了明顯改善。公司氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)數(shù)量眾多，氫氣泄漏比較危險(xiǎn)，預(yù)加氫循環(huán)氫壓縮機(jī)氮封系統(tǒng)改造的的經(jīng)驗(yàn)為氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)的運(yùn)行維護(hù)提供了思路。

(文章題目:氫氣往復(fù)式壓縮機(jī)填料密封泄漏原因分析及對(duì)策)