合成气压缩机干气密封损坏原因分析及措施

朱白钦，何希顺，鲁世军

(河南龙宇煤化工有限公司，河南永城 476600)

0 引言

河南龙宇煤化工有限公司一期50万t/a甲醇装置，其合成工序流程是从来自低温甲醇洗装置净化气和来自氢回收装置的新鲜原料气，通过合成气压缩机进行升压，在甲醇合成塔内进行催化反应，部分合成气态甲醇，再经冷却、冷凝、分离出粗甲醇产品，送往甲醇精馏工段，未反应的气体经合成气压缩机升压后进入合成回路循环利用。合成气压缩机由德国西门子制造，其型号为 STC-SV(10-7-A)，是由汽轮机驱动的离心式压缩机，为一缸两段七级叶轮结构:第一段为新鲜气压缩段，由六级叶轮组成;第二段为循环段，由一级叶轮组成;干气密封为德国伯格曼设计制造，由于机组工作介质为合成气，采用两级串联式干气密封。

1 干气密封工作流程

正常运行过程中，合成气压缩机排出的部分工艺气体(8.2 MPa、71℃)或在开停车过程中由界区来的高压氮气(8.1 MPa，经 PV-15337减压为6 MPa)作为密封气气源，经过第一级密封气过滤器后，进入压缩机两侧的第一级密封端面，在密封面上形成密封气膜，以防止压缩机内的工艺气体进入密封，密封端面上正常向外产生的少量工艺泄漏气，经压力控制后去火炬燃烧。自界区来的8.1 MPa左右的氮气，经第二级密封气过滤器过滤后，再经过PCV-15329控制压力为0.6 MPa，然后进入第二级密封气端面，正常向外泄漏的少量氮气被引出至安全处放空。自界区来的低压氮气(0.4MPa)经PCV-15337控制压力为0.14 MPa，然后进入压缩机轴端的密封函内，对轴承的润滑油进行隔离。

2 干气密封损坏现象

2012年4月份由于系统工况波动，造成蒸汽量紧张，合成气压缩机被迫紧急停车。随后重新启动合成气压缩机组，在正常运行过程中，合成气压缩机一级密封驱动端泄漏气压力PIT15332突然从245 kPa下降到0，一级密封非驱动端漏气压力PIT15333出现震荡性波动，5 min后，PIT15333瞬间达到600 kPa，机组联锁跳车。机组停车后，一级密封非驱动端漏气压力PIT15333指示为150 kPa左右，在正常范围内，但一级密封驱动端漏气压力PIT15332仍旧为0。

3 原因分析

初步原因分析，经现场拆卸发现有干气密封损坏碎末，依据干气密封一级密封驱动端漏气压力为0，怀疑干气密封驱动端二级密封损坏。干气密封损坏委托专业维修厂家进行维修，对干气密封进行了解体检查，结果如下:①驱动端一级密封摩擦副整体完好，但均有较严重的磨损，二级密封摩擦副全部碎裂，二级动环座及大气侧弹簧座均受到碎块冲击，其中动环座已经无法修复，大气侧弹簧座原件修复，重新配座静环防转销及推环，密封外表面附着有大量黄色颗粒状沉积物;②非驱动端密封一级摩擦副整体完好，但端面也有较严重的磨损，二级密封摩擦副完整，但端面磨损更为严重，推环已经变形，重新制造推环。

损坏原因分析:①该密封运转已经3年多，试车初期合成气压缩机频繁启停。从设计角度来讲，频繁的启停必然会影响到密封的使用。②本密封为德国伯格曼产品，其摩擦副为硬对硬设计，即碳化硅动环对表面喷涂DLC减摩层的静环，该设计是非常成熟的，但从大量的使用经验来看，频繁的启停对其损伤要大于传统的硬对软的设计。频繁启停机组造成端面短时间接触，就会造成DLC涂层脱落，一旦脱落就会导致端面出现随机的干磨损，造成端面的恶化。③从密封解体情况来看，密封外表面都有黄色的沉积物，推测还是工艺气倒灌，由于工艺气中带醇所致，这种倒灌主要发生在机组紧急停车时没有外部高压气源注入的时候。当然此次虽然不是因为一级密封失效而导致的联锁，但是一级密封气的端面也已经受到较严重的磨损，失效只是时间的问题。此次二级密封突然失效，也主要是由于二级密封本身的工作压力较低，其气膜刚度是低于一级的，当多次启停更易造成不可修复的损伤，导致密封端面瞬时干摩擦，使动环碎裂。

4 解决及防范措施

①根据损坏原因情况，将原有的三套完整的摩擦副利用起来，选取较好的2套摩擦副研磨修复后分别作为两套密封的一级，其中一件动环重新刻槽后作为非驱动端密封的二级动环;由于原三件静环中的一件静环的表面DLC喷涂层磨损非常严重，将两套密封的二级静环均采用进口石墨材料替代。②对于驱动端密封重新制造一件动环座，二件推环，利用进口碳化硅制造驱动端密封二级动环，配座调整垫片及二级静环。两套密封换所有辅助密封圈，然后进行组装试验。③增加合成气压缩机出口工艺气温度，避免工艺气倒灌带液。④加强干气密封备件管理，及时备用干气密封一套。⑤增加干气密封泄漏压力低于50 kPa低低联锁，避免密封气中断损坏干气密封。⑥由于盘车时会增加干气密封动静环的磨损，缩短盘车时间。⑦加强对机组的干气密封检测，大修时安排机组干气密封送专业厂家试验检测。

5 结束语

通过对干气密封损坏的原因分析，采取了防范措施，为今后合成气压缩机干气密封工艺操作和设备维护提供了依据。合成气压缩机进口干气密封国内维修成功，也为干气密封国产化提供了经验。