殷振涛
摘要：现如今，我国的经济在迅猛发展，社会在不断进步，通过介绍某石油化工有限公司80万t/a乙烯装置裂解气压缩机干气密封使用中出现的故障，结合干气密封的技术特点，对裂解气压缩机的干气密封提出了改造及优化方案并进行技术论证，以提高设备的安全性和可靠性。
关键词：裂解气压缩机；干气密封；动环；密封气
引言
在乙烯装置中，裂解气压缩机是非常重要的设备之一，其轴封部件的使用寿命对压缩机的运行周期有非常重要的影响。当前，干气密封技术已经逐渐完善，在新建或是扩建的乙烯装置裂解气压缩机之中得到了广泛的应用，其轴封普遍都使用了干气密封技术，现在已经逐步替代了机械密封或是浮环式轴封。干气密封属于非接触式的气膜密封中的一项内容，主要的优势就是运行费用低、寿命长以及运行较为稳定。从运行的效果上来说，能够长周期的持续运行，但是也出现过由于密封失效所造成的联合装置整体停产的现象。
1概述
近年来，随着乙烯行业的发展，乙烯装置生产负荷越来越大，从原来的300kt/a逐渐发展到600、800、1000kt/a。大规模乙烯装置生产带来经济效益的同时，也带来了运行的风险。裂解气压缩机为整个乙烯装置的“心脏”，其运转性能好坏，关系到全厂的运行周期和经济效益。对于裂解气压缩机系统，由于工艺或设备异常情况需要紧急打闸或发生联锁跳车后，蒸汽进气阀立即关闭，失去蒸汽动力的压缩机在大量工艺气体倒流的情况下，机组出现反转的风险大幅度增加，国内乙烯装置大多数裂解气压缩机选用螺旋槽干气密封，这类型干气密封最大缺点是不能反向转动，出现反转会造成干气密封密封端面磨损甚至烧毁。
2裂解气压缩机干气密封的改造及优化
2.1密封气
干气密封的密封气需要在动静环间形成干燥、洁净的气膜，具有冷却、润滑和清洁密封面的作用。若密封气带液，低黏度气膜变成了高黏度液膜，在高速旋转时会产生大量的摩擦热，造成密封面变形；若密封气带固体颗粒，则会造成密封面磨损，所以干气密封对密封气的品质要求较高。为了提高密封气稳定性，裂解气压缩机干气密封的一级密封气设置了3个气源，分别为压缩机五段出口的裂解气、乙烯总管的乙烯和中压氮气。其中乙烯气干燥、洁净，更有利于提高干气密封的可靠性，但会造成乙烯物料的损失、经济性差；裂解气能减少乙烯损失，但气体品质差、温度＞90℃时易结焦。上述2种工艺气作为一级密封气可在经济性和可靠性的平衡方面提供更多选择。在工艺气气源因生产出现波动时，中压氮气及时作为补充，确保密封气的压力和流量满足干气密封运行的要求。本次改造将裂解气压缩机一级密封气气源由手阀控制升级为自动控制，以裂解气五段出口和乙烯压力为控制信号，工艺气气源压力低时自动补入中压氮气。压缩机开停车前后缸内压力较低，密封气向缸内泄压造成密封腔压力低，往往与一级密封气火炬放空系统的背压相当或者略低，尤其在火炬系统中有大量气体排放时易出现不洁净的火炬放空气反窜至一级密封造成密封损坏。因此将一部分一级密封气作为前置气，通过平衡补气线向一级密封腔补压，防止火炬气反窜。同时也能提高一级密封气压差，有利于动静环在低转速时形成气膜。此次改造将五段出口压力作为控制信号，出口压力低时平衡补气阀自动开启向密封腔冲压，并将平衡补气流量作为压缩机允许启动的条件之一。
2.2安装
在装置原始开车阶段,要求裂解气压缩机比其他大型机组提前投用,即运行空气工况用于装置系统空气吹扫。空气运行时是否安装干气密封,有两种不同的方式。第一种,出厂安装干气密封。其优点是减少了现场安装工程量。
但其缺点也不少,一是出厂到投用一般需要一个月时间,这期间的保护主要是防振动、防污染特别重要二是试车时公用工程,特别是密封气,要求达到正常条件并且稳定运行三是期间机组要完成空运转、负荷运转、联锁试验、空气吹扫和气密试验等,近两个月内正常情况下约需开启次,加之人员对机组不熟悉、公用工程不稳定和机组制造缺陷,开启次数往往还要增加,对干气密封的寿命影响较大。第二种,出厂安装临时密封,现场更换为干气密封。出厂时若安装迷宫密封,则在空气吹扫前更换成干气密封若出厂时安装碳环密封,可在空气吹扫后更换。缺点是现场工作量多,如联轴节、轴承、密封和仪表拆装,机组找正等,正常情况约需一个月时间。优点是干气密封在机组事故高发期后安装,有利于延长其寿命。
2.3现场进行干气密封更换
裂解气压缩机在出厂时临时安装密封，在现场再进行干气密封更换。在出厂时如果安装的是迷宫密封，那么要在进行空气吹扫之前就进行干气密封更换；如果出厂的时候安装的是碳环密封，则可以在空气吹扫工作完成之后进行更换。这种方式的主要缺点就是现场的工作量会增加，例如说：仪表、联轴节、密封以及轴承的拆装，机组找正等等，正常的情况下，这些工作需要大约一个月左右的时间。而其优点则是在机组的事故高发期之后进行干气密封安装，这样能够有效的延长干气密封的使用寿命。当前形势下，第二种方式更加适合当前我国石化装置的建设情况，虽然说安装的周期会增加，但是这样对于装置的长期运行有非常大的作用。乙烯装置的裂解气压缩机密封的轴颈直径较大，干气密封普遍是集装式，必须运用天车进行吊装，所以说，机组的制造商必须要提供相应的拆装工具，其中包含了起吊滑块、平衡杆、固定支架、配重等等。干气密封属于较为精密的部件，必须使用专用的存储箱进行存储和运输。
2.4盘车电机更改逻辑
裂解气压缩机联锁停机后，零转速探头检测转速低于2r/min保持3min且顶轴油压大于设定值，电机自动启动，齿轮旋入啮合，开始盘车。这样设计，压缩机即使发生反转，盘车也不会运行，安全剪切销剪断的风险彻底消除。
2.5失效安全性
干气密封端面失效主要表现两种形式第一种是端面出现磨痕,泄漏量高于正常值无规则波动,轻度失效第二种是密封端面出现裂纹,泄漏量持续高于报警或达到停车值,重度失效。轻度失效,一般是端面的密封槽被固体颗粒物或液相组分污染,两者均会导致密封槽泵送能力下降,后者还会因摩擦气化导致“气锤”效应,其结果是气膜压力和厚度不稳,严重时两端面接触发生摩擦,密封端面出现磨痕,不完好的端面磨痕反过来加剧了气膜压力和厚度不稳,图所示为轻度失效的密封端面。轻度失效可进行监控运行并择机停车更换。
结语
干气密封作为裂解气压缩机的核心部件，其改造效果直接影响着乙烯装置生产的安全平稳和全厂的经济效益。本次改造参考了国内多家大型乙烯的使用经验，立足于解决现有干气密封存在的问题，经安全性、可靠性、经济性等多方面考量，从技术角度对裂解气压缩机干气密封进行改造及优化，为110万t/a乙烯装置改造的成功奠定了良好基础，对其他化工企业大型压缩机干气密封的设计选型和工程应用有借鉴价值。
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