王 敏
(神華榆林能源化工有限公司,陜西 榆林 719000)
乙烯和丙烯的傳統(tǒng)制取方式是經(jīng)過裂解石腦油生產(chǎn)的,它的弊端是過于依賴石油。以甲醇為原料生產(chǎn)乙烯、丙烯和其他低碳烯烴是最有希望取代以石腦油作為原料的生產(chǎn)工藝方法。目前,甲醇制烯烴技術(shù)的成熟化為煤或天然氣氣化生產(chǎn)有機(jī)化工原料開辟了一條新的技術(shù)路線,有利于改變傳統(tǒng)煤化工產(chǎn)品的格局,是實(shí)現(xiàn)能源化工延伸的有效途徑[1]。神華榆林能源化工有限公司MTO工藝主要有甲醇制烯烴裝置和烯烴分離裝置組成。產(chǎn)品氣壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)作為烯烴裝置的核心設(shè)備,兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行直接決定了裝置的平穩(wěn)性。本論文主要探討離心式壓縮機(jī)停氮?dú)夤r面臨的問題及技改措施。
榆林公司烯烴分離裝置產(chǎn)品氣壓縮機(jī)目的是通過壓縮從而提高來料烴類氣體的壓力,對(duì)應(yīng)提高烴類溫度,有利于烴類的分離,節(jié)約低溫材料使用;丙烯制冷壓縮機(jī)主要是以丙烯為循環(huán)介質(zhì),通過壓縮,冷凝,節(jié)流膨脹,蒸發(fā)四部組成,來為精餾塔物料的分離提供不同等級(jí)冷量。榆林公司兩臺(tái)壓縮機(jī)組全部由沈鼓設(shè)計(jì)安裝完成,兩臺(tái)壓縮機(jī)軸端密封均采用串聯(lián)式干氣密封,與傳統(tǒng)機(jī)械密封比較,干氣密封是一種無接觸式密封,主要靠動(dòng)靜環(huán)形成的氣膜來潤滑。其主要由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、密封圈、擋盤、彈簧、彈簧座與軸襯套組成[2]。榆林公司兩臺(tái)機(jī)組采用福斯生產(chǎn)的干氣密封,其中動(dòng)環(huán)的材質(zhì)為碳化硅,靜環(huán)材質(zhì)為碳石墨,動(dòng)環(huán)上開有2.5~10μm的雙向螺旋槽,與單向槽相比,其優(yōu)點(diǎn)是防止事故狀態(tài)下,壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生反轉(zhuǎn)使干氣密封失效,在正常機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)期間,經(jīng)過濾的一、二級(jí)密封介質(zhì)旋入螺旋凹槽形成3-5μm厚度的氣膜,使干氣密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)實(shí)現(xiàn)非接觸運(yùn)轉(zhuǎn),從而達(dá)到不讓壓縮機(jī)缸體內(nèi)工藝氣體向外泄漏的目的[3]。
一級(jí)密封氣開停工過程中使用中壓氮?dú)庾鳛槊芊饨橘|(zhì),正常運(yùn)行后切換為三段排出的丙烯作為密封介質(zhì)(以丙烯制冷壓縮機(jī)為例),其主要作用是為了防止壓縮機(jī)缸體內(nèi)未經(jīng)過濾和不干凈的氣體進(jìn)入一級(jí)密封端面,從而污染一級(jí)密封端面。正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間,一級(jí)密封氣大部分通過梳齒迷宮密封進(jìn)入壓縮機(jī)缸體,少部分氣體通過干氣密封一級(jí)端面動(dòng)環(huán)上的螺旋凹槽,進(jìn)入到一級(jí)密封端面放火炬腔體,此過程中會(huì)在一級(jí)端面之間形成3~5μm左右厚度的氣膜,防止動(dòng)靜環(huán)干磨,同時(shí)對(duì)一級(jí)端面起到冷卻和潤滑的作用,保護(hù)干氣密封。
二級(jí)密封氣采用氮?dú)庾鳛榻橘|(zhì),其主要作用是防止從一級(jí)密封端面泄露出來的一級(jí)密封介質(zhì)通過梳齒密封進(jìn)入到二級(jí)密封端面,對(duì)二級(jí)密封端面造成污染破壞,運(yùn)行期間,大部分二級(jí)密封氣通過梳齒迷宮密封進(jìn)入到一級(jí)密封放火炬腔體,與一級(jí)密封泄露介質(zhì)混合共同進(jìn)入熱火炬管線,少量的二級(jí)密封氣通過二級(jí)密封端面進(jìn)入到二級(jí)密封端面放空腔體。
隔離氣也采用氮?dú)庾鳛楦綦x介質(zhì),其主要作用是防止壓縮機(jī)組軸端軸承箱內(nèi)的潤滑油進(jìn)入到干氣密封系統(tǒng),造成干氣密封失效,隔離氣一部分通過外側(cè)的梳齒密封進(jìn)入到潤滑油側(cè)在放空口放空,另一部分經(jīng)過內(nèi)側(cè)的梳齒密封和二級(jí)端面泄露的少量二級(jí)密封氣混合進(jìn)行放空。
圖1 丙烯制冷壓縮機(jī)干氣密封流程圖
神華榆林能源化工有限公司兩臺(tái)壓縮機(jī)的干氣密封系統(tǒng),二級(jí)密封氣和隔離氣中的氮?dú)舛紒碜杂诘獨(dú)夤芫W(wǎng),但是在空分單元壓縮機(jī)事故狀態(tài)下,會(huì)造成管網(wǎng)氮?dú)庵袛?,缺少氮?dú)夤r下,可能會(huì)使壓縮機(jī)難以運(yùn)行。首先,氮?dú)獾闹袛鄷?huì)使二級(jí)密封氣失去作用,沒有介質(zhì)作為動(dòng)環(huán)的吸入介質(zhì),動(dòng)環(huán)螺旋槽也就無法形成泵入效應(yīng),動(dòng)靜環(huán)之間將無法形成氣膜,并且會(huì)緊密的貼合在一起,在壓縮機(jī)從正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速到零的過程中,將造成動(dòng)靜環(huán)的干磨,使干氣密封失效,其次,隔離氣因氮?dú)庵袛嘁簿褪チ俗饔茫瑫?huì)造成軸承箱內(nèi)的潤滑油進(jìn)入干氣密封,污染干氣密封二級(jí)端面,同樣會(huì)造成干氣密封的失效,此時(shí)為了保護(hù)干氣密封防止其進(jìn)一步破壞,必須做機(jī)組緊急停工處理,但是在壓縮機(jī)停機(jī)之后還將面臨一個(gè)選擇,停機(jī)之后兩臺(tái)機(jī)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子還處于高溫狀態(tài),為了防止轉(zhuǎn)子發(fā)生彎曲,造成更大的損失,必須立即對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤車處理,使轉(zhuǎn)子降至常溫,但由于缺少氮?dú)庾鳛楦蓺饷芊忾_啟動(dòng)靜環(huán)的泵入介質(zhì),又會(huì)遇到上述問題,在連續(xù)盤車過程中動(dòng)靜環(huán)同樣將貼合在一起進(jìn)行摩擦,并且摩擦過程中產(chǎn)生的熱量無法及時(shí)取走,當(dāng)靜環(huán)碳石墨、動(dòng)環(huán)的凹槽被磨損到一定的程度時(shí),機(jī)組的干氣密封也就失去了作用,到時(shí)候必須對(duì)機(jī)組干氣密封進(jìn)行檢修更換,不僅增加了設(shè)備維修成本,同時(shí)機(jī)組停工迫使裝置停工造成了大量烴類物料的浪費(fèi)。
為了解決上述問題,在停氮?dú)夤r下保護(hù)干氣密封不失效,保證機(jī)組正常運(yùn)行,避免不必要的停車,現(xiàn)提出以下技改措施(以丙烯制冷壓縮機(jī)為例),技改管線方案如圖2,在原有的二級(jí)密封氣、隔離氣進(jìn)料線基礎(chǔ)上新增加一根事故氮?dú)饩€,這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)在空分壓縮機(jī)事故狀態(tài)停止氮?dú)夤?yīng)的情況下,直接將空分液氮罐的液氮經(jīng)過換熱器加熱汽化后送至烯烴分離機(jī)組新配事故氮?dú)饩€上,操作時(shí),只要將原先的來自氮?dú)夤芫W(wǎng)的閥門關(guān)閉,將新配事故氮?dú)饩€閥門及時(shí)打開即可,以此來保證干氣密封系統(tǒng)二級(jí)密封氣和隔離氣的正常供應(yīng),干氣密封的正常運(yùn)轉(zhuǎn),從而保證兩臺(tái)機(jī)組正常運(yùn)行。
圖2 技改后丙烯制冷壓縮機(jī)干氣密封流程圖
通過對(duì)產(chǎn)品氣壓縮機(jī)和丙烯制冷壓縮機(jī)干氣密封的技改措施,在原有二級(jí)密封氣和隔離氣的基礎(chǔ)上增加事故氮?dú)饩€,實(shí)現(xiàn)在氮?dú)夤芫W(wǎng)壓力下降或中斷時(shí),兩臺(tái)機(jī)組能夠正常運(yùn)行,并且不會(huì)造成干氣密封系統(tǒng)失效,較未技改前,降低了干氣密封的失效風(fēng)險(xiǎn)和機(jī)組停車風(fēng)險(xiǎn),助力裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運(yùn)行。