降压启动技术在合成气压缩机上的运用

张锡德 蒋云峰 石鑫任 振东塔里木石化分公司 库尔勒 841000

降压启动技术在合成气压缩机上的运用

张锡德*蒋云峰 石鑫任 振东塔里木石化分公司 库尔勒 841000

介绍合成气压缩机干气密封的一级密封流程、运行控制参数、造成干气密封损坏的因素、增压泵在干气密封中的作用以及压缩机降压启动技术的详细操作程序及要点。

合成气压缩机增压泵损坏降压启动技术

某450kt/a合成氨、800kt/a尿素化肥装置，合成气压缩机为蒸汽透平驱动的双缸多级式离心压缩机，其轴封采用串联式干气密封，高低压缸布置在透平的两侧，由膜片联轴器连接，压缩机和透平安装在同一钢底座上，由日本三菱公司制造。压缩机的启动原设计是采用增压单元对一级密封增压，压缩机缸体内的压力通过副线均匀至入口压力进行机组启动、开车。由于压缩机高、低压缸共计6台增压泵全部损坏，为防止干气密封损坏，经分析采用降压启动技术，成功启动合成气压缩机，解决了原启动方式可能使干气密封损坏的危险。

1 合成气压缩机主要参数

1.1 主机主要参数

低压缸(型号5V－8B):入口压力3.27 MPa (A);出口压力8.91MPa(A);入口温度34℃;出口温度98℃。

高压缸(型号5V－8C):入口压力8.87 MPa (A);出口压力19.92MPa(A);入口温度34℃;出口温度35℃。

压缩机额定转速10868rpm。

1.2 增压泵主要参数

(1)增压泵为美国Haskel公司产品。

低压缸使用2台增压泵，型号为8AGD－5，参数为进口压力3.6 MPa(G)，出口压力3.8 MPa (G)，流量96 Nm3/h。

高压缸使用4台增压泵，型号为8AGD－14，参数为进口压力19.29 MPa(G)，出口压力19.46 MPa(G)，流量192 Nm3/h。

(2)控制参数

低压缸

一级密封压差①:0.09 MPa

一级密封压差②:0.105 MPa

一级密封气流量①:255 Nm3/h

一级密封气流量②:346.8 Nm3/h高压缸

一级密封气流量②:396.5 Nm3/h一级密封压差:0.105 MPa

一级密封气流量①:396.5 Nm3/h

2 干气密封一级密封流程

2.1 正常运行时一级密封流程

正常运行时，低压缸一级密封气气源采用压缩机二级出口工艺气，其压力为8.65 MPa(G)、温度为98℃，该气源经高压过滤器(FG－001A/ B，精度为2μm)后，分两路通过气动薄膜调节阀PDCV4323/4324，分别参照缸内一级入口压力和二级入口压力进行压差调节，再通过流量计FI4309/ 4310，进入低压缸轴端两侧的一级密封腔，进密封腔的气体大部分通过压缩机的轴端迷宫密封进入压缩机腔内，只有极少部分气体通过一级密封端面进入一级密封放空火炬管网，见图1。

2.2 启机过程中一级密封流程

压缩机开机前，打开氮气阀见图1，氮气(压力为0.6MPa(G)、温度为25℃)通过过滤器、调压阀、流量计进入一级密封腔，其中大部分通过压缩机的轴端迷宫密封进入压缩机腔内，当缸体内的压力达到0.3 MPa(G)时，打开增压单元仪表风气源阀，驱动风压为0.4 MPa(G)，启动增压泵(2台)，增压单元的介质来自压缩机二段出口，见图2。一级密封建立后，打开阀门对缸体进行氮气置换、工艺气置换及系统均压，再启动压缩机，当升速到最低工作转速8333rpm，停增压泵，将压缩机出口工艺气切入到主密封流程中［1，2］。在这过程中，增压泵先增压的是氮气，当工艺气对缸体置换后，增压泵增压的则是工艺气。

图1 低压缸干气密封流程

图2 低压缸干气密封增压泵流程

因高压缸干气密封系统的流程与低压缸基本相同，不再赘述。

3 干气密封损坏的原因

(1)合成气压缩机高、低压缸干气密封均采用约翰克兰生产的带中间迷宫的两级串联式结构，其旋向槽为燕尾形双向槽，工作时干气密封动静环间隙在2～5μm内［2，3］，干气密封最忌油、水及微小颗粒。一旦液体进入密封端面，由于液体表面具有较大的张力，动、静环密封面被牢牢地粘在一起。机组运转时，螺旋槽内气体产生的开启力小于闭合力，无法将密封面分开形成气膜，变成接触性摩擦，使密封面受磨损;而颗粒带入也会使密封面产生划痕性磨损，导致密封失效［4］。

(2)工艺介质在进入压缩机前，须先投入一级密封气，且一级密封气压力要低于压缩机缸内气体的压力，否则机内介质气会污染一级密封端面，使密封损坏［5］。

4 增压泵损坏后对干气密封的影响

2010年5 月压缩机投入到装置的正常生产，到目前已运行一年多。新装置运行的初期，工艺、设备、仪表问题较多，造成装置多次停车，因合成塔需保压，而合成气压缩机循环段进出口阀门以及低压缸阀门内漏造成压缩机高低压缸带压，迫使增压泵在压缩机停车时一直连续运行，据日本三菱公司提供资料介绍，增压泵仅在压缩机开、停车过程中使用，其工作寿命为1000h。从2011年3月10日起，高、低压缸增压泵相继出现故障，不打量，到10月29日，高、低压缸所有增压泵(低压缸两台，高压缸4台)全部损坏，送外修理，拆检发现缸套、活塞环、导向环严重磨损，损坏部件必须从美国Haskel公司采购，采购周期为两个月，10月29日因倒贫液泵导致脱碳系统停车，继而高压系统停车，合成气压缩机跳车，在开压缩机时发现增压泵全坏，为防止干气密封在开车时被缸体内气体污染，导致密封损坏，经分析必须采用降压启动技术才能解决密封损坏的可能。

5 降压启动技术的运用

降压启动开车步骤如下:

(1)提高低压氮气管网的压力至0.8 MPa，通过冲压阀提高缸内压力。

(2)打开氮气阀，用氮气对干气进行一级密封。

(3)通过压缩机进口旁路阀对缸体进行冲压，使缸体内的压力控制在0.2～0.4MPa，必要时关闭放空阀，调整干气密封的各项运行参数，一级干气密封与缸体参考气比较，压差需满足机组正常启动条件。同时打开从缸体出口到干气密封一级密封的阀门，当缸体出口压力大于一级密封氮气及缸体密封气时，缸体出口气通过单向阀向一级密封供气，以缸体出口气替代密封氮气。

(4)机组正常复位。

(5)机组按正常启动程序进行启动，600rpm暖机30min，1000rpm暖机30min，然后机组升速至最低工作转速8333rpm。密切关注低压缸、高压缸及循环段的防喘振工作点运行情况。

(6)机组转速升至3000rpm后，低、高压缸的出口压力和进口压力之间就产生了0.2MPa以上的压差，此时低、高压缸一级干气密封的进气自动由缸体出口气代替密封氮气，此时，可缓慢打开K431工艺气进口阀，关闭旁路阀。

(7)关闭低压缸和高压缸的一级干气密封氮气进气阀，调整干气密封的各项运行参数至正常。

(8)根据负荷要求，提高汽轮机转速到压缩机工作转速，机组正常运行。

在采用降压启动技术前，最担心的是采用副线阀对缸体冲压，确保缸体压力小于一级密封的氮气压力，在机组启动后是否会造成压缩机的喘振而损害压缩机，实际证明担心是多余的。

6 结语

压缩机降压启动技术是在干气密封增压泵损坏的情况下，为防止缸内气体压力高于一级密封气的压力污染干气密封，导致密封失效而采取的一种不得已的操作方法，其操作难度远远高于原始的带压启动操作，但其方法是安全、可靠的。实践证明，该方法完全可运用于当增压泵损坏、离心式压缩机达不到启动条件的场合。

1 王志坤，张昕，耿彦青等.干气密封在炼油厂离心压缩机上的应用［J］．化工机械，2005(1):46－48．

2 张锡德，钟翔．约翰克兰串联式干气密封在合成气压缩机上的运用［C］．2011年第4届全国氮肥与甲醇年会论文集:18－1～18．

3 李荣良，王富庆．气密封在国产大氮肥装置中的应用［J］．中氮肥，2007(1):36－39．

4 吴俊峰．氨压缩机干气密封泄漏原因及改造措施［J］．大氮肥，2007(6):409－410．

5 刘宝君．干气密封在循环氢压缩机上的应用［J］．石油化工设备技术，2007，28(6):65－66．

Introduction of the syngas compressor dry gas seal，including the primary sealing flow，operating control parameters，factors resulting in damage to the dry gas seal，the role of the booster pump in the dry gas seal and the details of operating procedures and key points of compressor depressurization startup technology．

Application of Depressurization Startup Technology in Syngas Compressor

Zhang Xide，et al
(Tarim Petrochemical Company，Korla 841000)

syngas compressorbooster pumpdamage depressurization startup technologysuccessful application

*张锡德:高级工程师。2004年毕业于石油大学化学工程与工艺专业。长期从事于大型往复压缩机、离心式压缩机、蒸汽透平等设备的运行、维护、管理工作。已发表论文二十余篇。联系电话:(0996)2132527;E－meil:zhangxd_305@163.com。

2012－01－04)