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(jiàn)且主要原因?yàn)槊芊馐?。干氣密封作為現(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(wèn)題及原因分析

重點(diǎn)從干氣密封主要對(duì)存在的問(wèn)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(wèn)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(guò)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(guò)限值導(dǎo)致其停機(jī)被迫檢修，對(duì)應(yīng)的失效類(lèi)型可以分為兩種情況[2]。

1）第一種失效類(lèi)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(lèi)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(kāi)裂導(dǎo)致其一次泄露量超過(guò)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(kāi)裂示意圖

總的來(lái)講，甲醇合成壓縮機(jī)干氣密封發(fā)生故障主要存在的問(wèn)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(guò)大。深度分析可知：由于高壓缸平衡盤(pán)功能失效是導(dǎo)致其軸向推理過(guò)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(pán)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(guò)處理、火炬氣倒流）、干氣密封進(jìn)液（供氣管無(wú)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(chē)造成反流帶液、隔離氮?dú)庵袛啵?、頻繁開(kāi)停車(chē)、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(pán)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(pán)腔室壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置，一旦平衡盤(pán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致無(wú)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(pán)壓力監(jiān)測(cè)裝置，具體如圖3 所示。

圖3 平衡盤(pán)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(wèn)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(mǎn)足干氣密封功能的需求。此外，還可通過(guò)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(chē)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(chē)均需耽誤5 天的生產(chǎn)時(shí)間，通過(guò)以往檢修經(jīng)驗(yàn)，每次停車(chē)檢修所花銷(xiāo)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(zhuān)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(chē)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(chē)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(guò)以往檢修經(jīng)驗(yàn)，壓縮機(jī)停車(chē)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(kāi)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(méi)直接獲取的經(jīng)濟(jì)效益高達(dá)1 660 萬(wàn)元。