王培歌,劉洋

(中韓(武漢)石油化工有限公司發(fā)展技術(shù)部,湖北 武漢 430082)

武漢80萬t/a乙烯是采用國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)ST技術(shù)的首套裝置,乙烯熱泵/制冷壓縮機(jī)K-601(“以下簡(jiǎn)稱K-601”)是蒸汽透平驅(qū)動(dòng)的四段離心式壓縮機(jī)系統(tǒng),乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機(jī)組成開式熱泵系統(tǒng),它提供-62,-80,-101 ℃三個(gè)冷凍級(jí)位。

1 K-601干氣密封系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2020年乙烯裝置脫瓶頸改造中,K-601壓縮機(jī)干氣密封系統(tǒng)對(duì)更換為福斯流體控制有限公司(福斯公司)干氣密封。

該干氣密封本體采用帶中間迷宮的串聯(lián)集裝式干氣密封,隔離密封為迷宮密封,旋轉(zhuǎn)方式為雙向旋轉(zhuǎn),干氣密封最高工作壓力至少為滯止壓力。

密封本體的主要部件為:動(dòng)環(huán)(材料為碳化硅)、靜環(huán)(材料為特種石墨)、密封圈(材料為氟橡膠/PTFE)、靜止/旋轉(zhuǎn)金屬件(材料為1.4313)、彈簧(材料為哈氏合金C)等。

壓縮機(jī)配獨(dú)立的干氣密封控制盤,以及密封器正常用壓縮機(jī)出口氣(17 ℃,1.79 MPaG),當(dāng)壓縮機(jī)出口壓力低時(shí)自動(dòng)切換中壓氮?dú)?2.5 MPaG)。

低壓缸一級(jí)密封氣供氣配差壓調(diào)節(jié)閥,取主密封氣與平衡管差壓及主密封氣的差異值低選后做參考自動(dòng)調(diào)節(jié)。高壓缸一級(jí)密封氣配差壓調(diào)節(jié)閥,區(qū)主密封氣與平衡管壓差自動(dòng)調(diào)節(jié)?；鹁姹硥赫?.02 MPaG,最大0.05 MPaG。二級(jí)密封氣和隔離氣采用低壓氮?dú)?0.6 MPaG),二級(jí)密封氣配自力式減壓閥控制,兩端配流量變送器。隔離氣配自立式減壓閥控制,配壓力變送器和限流孔板。一級(jí)密封氣泄漏氣兩端配一個(gè)壓力變送器和三個(gè)流量變送器(見圖1～2)。

圖1 乙烯壓縮機(jī)K-601低壓缸干氣密封系統(tǒng)

圖2 乙烯壓縮機(jī)K-601高壓缸干氣密封系統(tǒng)

每套密封性能指標(biāo)見表1。

表1 乙烯壓縮機(jī)K-601干氣密封指標(biāo)

2 K-601干氣密封運(yùn)行情況和處理過程

乙烯壓縮機(jī)K-601在2020年脫瓶頸改造更換干氣密封投用運(yùn)行后,整體上運(yùn)行較為平穩(wěn)。但2022年7月26日和10月4日,高壓缸非驅(qū)動(dòng)端干氣密封一級(jí)密封氣泄漏量出現(xiàn)增大現(xiàn)象。

2.1 2022年7月26日運(yùn)行情況及處理過程

2.1.1 運(yùn)行情況

2022年7月26日5∶10,高壓缸非驅(qū)動(dòng)端干氣密封泄漏流量由原來的12.5 Nm3/h增大到15.3 Nm3/h,二級(jí)密封氣進(jìn)氣量由9.86 Nm3/h降至8.23 Nm3/h(圖3):

圖3 2022年7月26日K-601高壓缸非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣泄漏情況

2.1.2 處理過程

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn):2022年7月26日,由于天降大雨,二級(jí)密封氣低壓氮?dú)鉁囟瘸霈F(xiàn)下降,非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)密封氣泄漏量出現(xiàn)增大(圖4)。

圖4 一級(jí)密封氣泄漏流量與二級(jí)密封氣溫度關(guān)系

處理過程:對(duì)二級(jí)密封氣過濾器進(jìn)行切換,更換新的濾芯(圖5);一級(jí)密封氣入口過濾器增加電伴熱,伴熱帶功率為50 W/m,實(shí)測(cè)溫度21 ℃(圖6)。

圖5 二級(jí)密封氣過濾器更換濾芯

圖6 一級(jí)密封氣過濾器增加電伴熱

2.2 2022年10月4日運(yùn)行情況及處理過程

2.2.1 運(yùn)行情況

2022年10月4日凌晨1:10高壓缸非驅(qū)動(dòng)端泄漏流量增大到19.6 Nm3/h,二級(jí)密封氣降至最低4.53 Nm3/h(圖7)。

2.2.2 處理過程

考慮2022年10月4日天氣氣溫變化較大(32 ℃降至14 ℃),由將一級(jí)密封氣盤站至缸體增加臨時(shí)蒸汽伴熱,泄漏流量降低至17.6 Nm3/h,二級(jí)密封氣流量4.53 Nm3/h增大至7.23 Nm3/h(圖8)。

圖8 一級(jí)密封氣盤站至缸體增加臨時(shí)蒸汽伴熱

3 原因分析

3.1 密封氣不干凈、不干燥影響

影響干氣密封泄漏量上升的主要因素為密封氣不干凈、不干燥。這兩點(diǎn)會(huì)對(duì)干氣密封產(chǎn)生致命的影響。

密封氣帶液或帶雜質(zhì)主要對(duì)動(dòng)靜環(huán)端面造成磨損,影響氣膜的建立。同時(shí)雜質(zhì)還會(huì)對(duì)干氣密封的動(dòng)態(tài)密封組件造成破壞,即使動(dòng)靜環(huán)氣膜還在,密封氣也有可能從動(dòng)態(tài)密封組件處泄漏出去。

針對(duì)中韓石化乙烯壓縮機(jī)高壓缸的非驅(qū)動(dòng)端的泄漏曲線圖(圖9),經(jīng)聯(lián)系福斯公司,以福斯公司的經(jīng)驗(yàn)判定,動(dòng)靜環(huán)和動(dòng)態(tài)密封組件沒有破壞,給出理由如下。

圖9 高壓缸非驅(qū)動(dòng)端一級(jí)干氣密封泄漏曲線圖

如果密封氣帶液或帶雜質(zhì),破壞了動(dòng)靜環(huán)端面,一般直觀的體現(xiàn)為泄漏曲線會(huì)出現(xiàn)瞬間的降低(因?yàn)闅饽さ南?動(dòng)靜環(huán)會(huì)在一瞬間內(nèi)貼合在一起,泄漏量會(huì)突然降得很低)后立即升高。從目前的曲線圖上未發(fā)現(xiàn)泄漏量瞬間降低的現(xiàn)像。

(1)排除了密封氣帶液或帶雜質(zhì)的因素,我們也可以排除動(dòng)態(tài)密封組件失效的情況。如果動(dòng)態(tài)密封組件失效,泄漏量也會(huì)瞬間上升,而且是不可逆的。

(2)液體或顆粒物對(duì)密封端面及動(dòng)態(tài)密封未造成破壞,不代表未污染動(dòng)態(tài)密封組件。

若密封氣存在細(xì)微的雜質(zhì)顆粒物,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行,雜質(zhì)顆粒物可能會(huì)堆積在動(dòng)態(tài)密封組件處。K-601機(jī)組干氣密封的動(dòng)態(tài)密封組件采用的是PTFE J-ring形式,可以有效的抵抗雜質(zhì)顆粒物的污染,但是由于雜質(zhì)顆粒物的累計(jì),會(huì)增加動(dòng)態(tài)密封組件的滑移摩擦系數(shù),影響軸向運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致靜環(huán)面不能及時(shí)補(bǔ)償,遠(yuǎn)離動(dòng)環(huán),造成泄漏量升高。

3.2 密封氣溫度影響

密封氣的溫度也會(huì)影響一定的泄漏量,氣體的粘度隨溫度的升高而增大,液體則反之(圖10)。

圖10 密封氣泄漏質(zhì)量與溫度關(guān)系

由于非驅(qū)動(dòng)端的密封靠近壓縮機(jī)入口側(cè),密封氣從盤站注入密封腔體,非驅(qū)動(dòng)側(cè)的密封氣受到壓縮機(jī)入口側(cè)工藝氣溫度的影響,實(shí)際注入密封端面的氣體溫度低于驅(qū)動(dòng)側(cè)。

非驅(qū)動(dòng)側(cè)的密封氣溫度低,氣體的黏度也隨之降低,在同樣的供氣壓力下,流速必定加快,這就導(dǎo)致了泄漏量偏大。

4 下一步措施

(1)增加保溫伴熱措施,防止因環(huán)境溫度或雨天大風(fēng)等因素造成密封氣溫度再次降低影響泄漏量。

(2)增加強(qiáng)制加熱功能,由于密封氣的流速為25 m/s左右,伴熱保溫對(duì)密封氣無實(shí)際加熱功能,非驅(qū)動(dòng)側(cè)受壓縮機(jī)入口側(cè)工藝氣溫度的影響,福斯建議對(duì)密封氣進(jìn)行強(qiáng)制加熱,以避免溫度的影響。福斯專利的蒸汽加熱器(圖11),利用現(xiàn)場(chǎng)蒸汽對(duì)干氣密封的一級(jí)密封氣進(jìn)行強(qiáng)制加熱。該方案在乙烯壓縮機(jī)現(xiàn)場(chǎng),很難實(shí)現(xiàn)在線安裝,在檢修停機(jī)時(shí)安裝強(qiáng)制加熱裝置。

圖11 福斯公司專利蒸汽加熱器

(3)如果泄漏量達(dá)到高報(bào)警值后且經(jīng)過多次操作和評(píng)判均無法降低至高報(bào)警值以下后,福斯公司提供如下應(yīng)急操作方案:

①對(duì)密封端面強(qiáng)制沖壓:在一級(jí)泄漏達(dá)到高報(bào)時(shí),觀察泄漏曲線,如果沒有瞬間下降后再升高的情況,可以嘗試對(duì)一級(jí)密封端面進(jìn)行反復(fù)沖壓。

一般福斯干氣密封的動(dòng)靜環(huán)開度為3～5 μm。非驅(qū)動(dòng)端泄漏量升高,泄漏氣體流速增大,動(dòng)靜環(huán)開度肯定高于驅(qū)動(dòng)端。對(duì)密封端面反復(fù)沖壓的目的是讓動(dòng)靜環(huán)面恢復(fù)原本的開度。會(huì)后福斯提供密封端面強(qiáng)制沖壓的注意事項(xiàng)。

② 福斯提供壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與密封泄漏量的計(jì)算書,用戶可通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)動(dòng)靜環(huán)面的開度,最終來調(diào)整泄漏量。

注意事項(xiàng):如轉(zhuǎn)速降低,泄漏量有明顯下降,則可以判定密封沒有失效。反之,可判定干氣密封已經(jīng)失效。

(4)根據(jù)目前的運(yùn)行數(shù)據(jù),非驅(qū)動(dòng)端密封的泄漏量并未達(dá)到高報(bào)警值,福斯公司在滿足裝置的安全運(yùn)行前提夏,更新泄漏聯(lián)鎖值設(shè)定,目標(biāo)設(shè)定值≤35 Nm3/h。

(5)考慮溫度對(duì)泄漏量的影響,變更K-601干氣密封一級(jí)主密封氣氣源,考慮引用外送乙烯管線(30 ℃,3.5 MPa)。

(6)要求對(duì)二級(jí)密封氣放空處進(jìn)行定期檢測(cè)可燃?xì)饨M分含量,進(jìn)一步判斷一級(jí)密封氣泄漏組成和變化。

(7)對(duì)福斯公司工廠近期拆解相類似密封,到現(xiàn)場(chǎng)一起交流密封內(nèi)部結(jié)構(gòu),進(jìn)一步判斷密封受損的位置,提供后期備件改造提供依據(jù)。

5 結(jié)語

當(dāng)前在保證K-601安穩(wěn)運(yùn)行情況下,通過更換密封氣濾芯、高壓缸主密封氣管線保溫,在入口管線增加套管換熱器,使得密封氣管線溫度穩(wěn)定;將干氣密封一級(jí)泄漏量聯(lián)鎖值由29 Nm3/h更改到33 Nm3/h;定期在二級(jí)密封氣放空處,檢測(cè)可燃?xì)饨M分含量;變更一級(jí)主密封氣氣源,并制定干氣密封檢修更換方案等能夠采取的系列措施,有效地緩解高壓缸一級(jí)泄漏量增大趨勢(shì),避免了大機(jī)組停車。