离心压缩机干气密封失效原因分析及改进措施探讨

离心压缩机干气密封失效原因分析及改进措施探讨

张新辉

（中国石油哈尔滨石化公司炼油三部，哈尔滨  150001）

摘要：干气密封系统昂贵价格，停工维修时间长以及循环氢压缩机在加氢装置中的关键性，因此减少和避免故障对于保护干气密封长期运行尤为关键。本文主要通过某石化公司的离心压缩机运行的事件案例，对干气密封失效的原因进行分析，并提出应对解决措施。

关键词：干气密封带液    装置长周期  离心机运行维护

1.引言

离心压缩机是炼化企业的重要设备，而干气密封作为在离心压缩机上核心部件，其运行效果直接关系离心机运行的可靠性，甚至影响装置的长周期运行。在实际生产中，由于工艺条件变化或者操作不当经常导致干气密封失效损坏，设备停车装置被迫停工，造成非常大的经济损失和环境影响。因此充分理解干气密封的结构原理，掌握日常操作主要事项，吸取和学习干气密封失效的事件事故案例的经验和教训显得尤为重要了。

2.设备简介及流程概况

循环氢压缩机由沈阳鼓风机集团有限公司制造，由汽轮机驱动，汽轮机为杭汽制造。压缩机型号BCL405，功率2498KW。本次出现故障的干气密封型号为Gaspac L带有中间迷宫的串联式干气密封，密封面槽型为T型，美国福斯公司制造。动环材料：SiN氮化硅，静环材料SiC表面金刚石涂层。密封气介质为循环氢，温度90℃-100℃，压力16MPa。密封泄漏部位为一级密封环：

   加氢裂化装置干气密封气流程为：循环氢压机出口管线底部抽出→水冷却器→分液罐（容积0.09m³）→密封系统（T形槽密封）。装置2012年开工初期由于干气密封频繁带液失效，于某年将流程调整为循环氢压机出口管线顶部抽出→分液罐（容积0.09m³）→蒸汽加热器（加热至80℃以上）→密封系统（T形槽密封）。

3.干气密封失效事件描述

6月1日8点19分，加氢裂化装置循环氢压缩机两侧干气密封泄漏量突然上升，驱动端由23.8Kpa上升至74.3Kpa，非驱动端由22.1Kpa上升至119.6Kpa（联锁值132Kpa）。

6月2日17点10分，机组停机降温。

6月4日4点40分，干气密封更换完成，机组开机运行。

14点18分，干气密封泄漏量再次同步波动并达到联锁值，机组联锁停机。根据泄漏情况判断，本次泄漏未对密封环造成不可逆的损坏，可以继续使用。

14点42分，机组再次开机运行，泄漏量恢复至正常值。

6月5日10点27分，第三次出现泄漏量同步波动并达到联锁值，机组联锁停机，本次泄漏量较大，判断密封面磨损。

11点10分，再次开机运行，对反应系统进行热氢带油，准备停工更换密封。

6月6日5点10分，反应系统降温完成，机组停机降温，开始更换密封，将除湿器和加热器移位至压缩机厂房二层。

6月8日12点10分，干气密封更换完成，机组开机运行。

4.原因分析

1、查看DCS趋势图干气密封泄漏前压缩机干气密封各流量和压缩机入口流量平稳。

2、拆解后干气密封的磨损损坏情况为，非驱动端一级密封静环存在磨损，非驱动端一级密封排气流道有明显泪痕。

3、分别检查5月13日开工以来冷高压分离器V106、热高压分离器V103、压缩机入口分液罐V109液位DCS历史趋势，均没有异常波动。

4、检查高压空冷E111出口温度、循环氢压缩机出口温度、干气密封温度，干气密封进密封腔前温度始终高于90℃，高于露点温度（露点为57℃）。

5、检查压缩机轴瓦振动和轴位移情况，泄漏量波动期间均未发现明显波动。

6、检查干气密封过滤器滤芯情况，对投入运行13天的过滤器滤芯进行检查，发现内部含有部分黑色细小粉末，对黑色粉末进行化验分析，分析结果如下

通过以上分析数据可以看出黑色粉末中含有9.619%的Al2O3，说明催化剂瓷球的粉末穿透整个流程进入干气密封系统中。分析采集样品中各种元素的来源：①元素S在整个循环氢中主要以H2S形式存在，而H2S是加氢反应必然的生成物；②元素Fe为循环氢管线中的腐蚀产物，以硫化亚铁形式存在；③元素O为垢样在空气中氧化生产的，并非介质中携带。

7、分析对比循环氢组成，由于装置初开工，循环氢中氢气纯度均在96%以上，循环氢中组份尤其C3以上重组份均优于设计条件。通过6月1日8:00的循环氢组成分析结果计算出循环氢露点为45.7℃。根据工艺条件，循环氢中含有0.12Mol%的水蒸气，折算成单质水的露点温度为57℃。当时空冷出口温度49℃，压缩机出口温度65℃，干气密封加热后温度94℃，均高于循环氢露点温度，从操作温度上判断，正产生产状态下循环氢不具备产生凝液的条件。

8、通过对比每次干气密封泄漏时驱动端与非驱动端的泄漏量趋势组，可以看到，两侧干气密封漏气量均同时出现大幅度波动，说明密封波动原因由于共同的介质因素所致，而非密封本体故障。

9、通过拆解6月4日第二次发生泄漏的密封，发现主密封过滤器滤芯表面洁净如新，密封盘管路没有黑色粉尘，说明第二次泄漏时系统中粉尘含量已经降低且被过滤器完全拦截，说明第二次密封泄漏主要受介质带液影响。密封气进密封前最后一道法兰，管内无粉尘。

10、分别检查6月1日和4日的除湿器内部情况，均发现有明水，说明除湿器本身起到了分离循环氢中微量水的作用，从水质洁净程度可以确定，该水份是除湿器聚结成水，而非介质携带的浑浊水。

11、查阅API692（压缩机干气密封标准），系统配置完全符合API要求。

5.最终原因如下：

（一）直接原因

干气密封带液导致动静密封环失去动压效应，是引起密封面发生磨损失效的直接原因。

（二）间接原因

1、装置因E108紧急停工泄压造成催化剂粉末流失，随着循环氢系统流入干气密封气中，在液体的共同作用下加速了密封失效的可能性。

2、原干气密封系统经历过两个大修周期运行，近4次泄漏均发生在装置停工后初开工期间，说明该套系统在正常工况下可以长周期运行，但是其应对异常工况的能力不足。

3、装置紧急情况下需要启动7bar放空来确保装置达到退守状态，启动紧急放空后经过冷高分V106的气体流量迅速增大，导致冷高分失去气液分离能力，大量含有液体和杂质的气体穿透冷高分，大部分至高压火炬系统，而此时循环氢压缩机仍在运行，所以另一部分含有大量液体和杂质的循环氢在压缩机入口管线中沉积，再次开机前随着循环氢的流通带入到下游干气密封系统中，导致密封受到污染。

4、调研其它兄弟石化企业的情况初步判断，T型槽密封对装置异常情况下介质带液时的抗干扰能力不足，螺旋槽形式的密封能提高抗装置异常波动的能力。

6、结语

1、针对装置紧急泄压工况对循环氢组成的影响以及干气密动静环材质在操作温度和压力梯度下是否合适等情况，需进一步充分调研论证。

2、优化异常状态后恢复生产的操作法，消除装置紧急停工启动泄压后对循环氢系统带液和带杂质的影响。

3、为了提高干气密封本身抗异常工况的干扰能力，有陆续将T型槽改为螺旋槽的趋势，目的是利用螺旋槽较好的动压效应来提高气膜刚度，一定程度上可以提高密封抗干扰能力。

4、对装置紧急泄压工况下循环氢进行采样，分析其组成变化。

5、对各吹扫排放的操作要逐步量化，明确操作步骤，形成标准化操作。

参考文献

【1】程欣浩，循环氢压缩机干气密封带液现象分析及应对措施 四川：石油天然气工业，2021.