天然气压缩机密封油系统故障原因分析及处理

2014-08-30，，

河南化工 2014年1期

关键词：跳车系统故障液位

，，

(1.河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457000;2.河南金丹乳酸科技股份有限公司，河南郸城 477150；3.平顶山神马万里化工股份有限公司，河南平顶山 467000)

•生产与实践•

天然气压缩机密封油系统故障原因分析及处理

白金光1，崔跃军2，李迎春3

对天然气压缩机密封油系统故障原因进行综合阐述和分析，通过控制低压缸平衡气压力来提高密封油系统的自适应能力。

天然气压缩机组；密封油；故障

0 前言

河南能源化工集团中原大化公司化肥装置是以天然气为原料生产合成氨。天然气压缩机(离心式)作为关键设备之一，为工艺气提供动力，它的运行性能的优劣直接影响装置的安、稳、长周期生产。

该压缩机轴端密封采用浮环油膜密封，由密封油系统提供所需密封油，从而保证压缩机轴端原料气体不向外部泄漏。该机组投运初期，由于受天然气供气压力不稳的影响，其密封油系统频繁出现大幅波动，甚至多次引发机组跳车事故。密封油系统故障一度成为制约装置安全稳定运行的关键因素之一。后来的一次系统停车事故处理中，操作人员的发现为彻底解决密封油系统故障问题提供了契机。

1 天然气压缩机组简介

天然气压缩机组包括主机——离心压缩机和蒸汽透平，以及与其相配套的辅助设备等。天然气压缩机由新比隆公司设计生产，型号为2MCL528+2BCL358,两缸四段十六级叶轮。透平为杭汽制造的中压、凝汽式蒸汽透平，型号为NK32/26 。透平油系统、冷凝器及真空抽气系统与其它机组的透平公用。机组的转速控制为无差、变速调节，由WOOD WARD调速器及配套的液压执行元件通过控制透平蒸汽进汽量，来调整机组的转速。

经配气站PG204调节后的0.125～0.145MPa、30 ℃的工艺天然气，经压缩机两缸四段、多级间冷压缩，最终升压至5.15 MPa，送入对流段盘管(03B002E04)预热后，进入脱硫工序。为防止压缩机喘振及盘管超温，在两缸出口及脱硫工序后都设置了返回管线及控制阀，分别由防喘振控制阀FV01002及循环控制阀HV01001来调节压缩机及通过盘管的工艺气流量。

压缩机采用独立的油系统，由主润滑油泵为其提供润滑油和密封油。主油泵出口压力依据高压缸密封油参考气压力由差压自力阀PDCV01032调节控制。润滑油经冷却、过滤后，一路经自力调节阀PCV01026减压供给压缩机润滑油；一路通过高、低压缸密封油高位槽液位调节阀LICV01011和LICV01008控制，分别向高、低压缸密封油腔室供油。在低压缸密封油总管上安装有弹簧式安全角阀PSV0114(设计整定压力为0.6 MPa)，以避免液位调节阀失控开大造成低压缸密封油供油压力高，高位油箱液位上涨过快，满溢，密封油进入压缩机缸体。压缩机轴端密封采用浮环油膜密封。为提高其密封效果，在轴端内侧还设置了双重迷宫密封，由里至外依次形成平衡气、参考气和密封油三个环形腔室，两端对应腔室由连通管联通。

压缩机密封油系统的控制方式是由液位调节阀控制其高位油箱液位，通过高位油箱密封油液位高度形成的势能位差(0.05～0.06 MPa)，使密封油以略高于参考气压力进入密封腔室，从而达到封堵工艺气向外泄漏的目的。为避免因密封油系统故障造成轴端可燃气体外泄，设置了两层保护，其一是密封油高位油箱液位低报警，联锁辅泵自启动；其二是密封油高位油箱液位低低报警，联锁机组跳车，同时关闭压缩机进、出口事故电动阀(XV01015和XV01016)，压缩机缸体排放阀XV01017打开泄压。

2 压缩机密封油系统故障

建厂初期，天然气压缩机低压缸密封油系统受压缩机入口压力影响多次出现失控现象，并由此导致数次机组联锁停车事故。通常压缩机入口压力高于0.15 MPa时，低压缸密封油高位槽液位就难以维持，调节阀LICV01008会迅速开大，液位仍下降，出现这种情况，操作人员为避免密封油系统故障联锁机组跳车，紧急开大LICV01008旁路阀以恢复正常液位。这样做的结果又造成高压缸密封油高位槽液位也开始下降，最终导致液位低，报警联锁备用泵启动，双泵并列运行造成泵出口安全阀起跳，整个油路出现剧烈振动，情况十分可怕，若停下备用泵，又将面临机组联锁跳车的境地。

为此，公司强调工艺主控要精心操作配气站原料气压力控制阀PG204，保证压缩机入口工艺气压力严格控制在0.115～0.145 MPa范围内运行。虽然后来在压缩机入口增加了一条4″放空管线，但遇到后系统跳车，或配气站天然气压力调节阀PG204调节失灵，要想保证机组安全稳定运行，也是十分困难的。

3 压缩机密封油系统故障原因分析

3.1压缩机入口工艺气压力波动

外管来的天然气压力通常在0.5～0.7 MPa，经配气站分离装置脱液处理后，由PG204调节阀减压后送至压缩机入口。由于该阀口径大、定位器故障等原因，PG204呈现调节滞后或超调现象，导致压缩机入口工艺气压力波动。

一段炉或后续工艺系统跳车，脱硫回路循环控制阀HV01001全开，脱硫后路高压气返回至压缩机入口，将会造成压缩机入口持续超压。工艺原料气控制阀门故障或压缩机自身循环阀突然打开，也一样会导致压缩机入口持续超压。

3.2压缩机密封油系统故障原因

在一次系统停车事故处理中，操作人员检查发现低压缸密封油供油管线安全阀PSV0114处于起跳状态(视镜位置高，平常很难观察到)。技术人员由此意识到压缩机密封油系统故障的原因就是低压缸密封油压力过高，造成安全阀起跳，油路泄压，从而导致供油失衡。重新审视压缩机低压缸密封油系统，才发现问题就出在低压缸平衡气与压缩机工艺气连通管线上。

低压缸轴端平衡气管线通常与压缩机一段入口工艺管线连通，通过调整连通阀开度，降低高压侧轴端漏气压力，并使两端平衡气腔室压力相等，从而降低整个轴端密封工艺参考气压力和密封油供油压力。为此连接管线上的切断阀通常都保持相当大的开度，运行中基本不做调整。

而该机组低压缸轴端平衡气管线并非与压缩机一段入口工艺管线相连，而是与压缩机二段入口管线联通。该连通管线是作为补偿气管线引入二级气到两端平衡气腔室，这样不仅不能降低密封油供油压力，反而对密封油供油压力提出了更高的要求。虽然在压缩机入口设计压力条件下可以满足密封油系统正常的控制，但随着入口工艺气压力的波动升高，压缩机低压缸轴端密封参考气压力将急剧上升，因此密封油压力会很快达到或超出PSV0114起跳压力，该安全阀起跳泄压，导致密封油供应失衡，密封油系统故障。如果压缩机入口压力不能及时得到控制，想要恢复密封油系统平衡是不可能的，机组联锁跳车也在所难免。

很显然，压缩机低压缸轴端漏平衡气腔室压力通常都是正压环境，且高压侧(二段)漏气压力远高于一段进气压力，不需要外部高压气补偿来保证平衡气腔室正压。因此正常运行状态压缩机轴端密封不需要外部补偿气，补偿气切断阀应始终处于关闭状态。单纯来控制补偿气阀门的做法不妥，另一方面对装置的认识的局限性和PSV0114起跳不易观察到，也为事故处理增加了难度。

实际运行中，压缩机入口压力控制在0.115～0.145 MPa 之间(设计压力0.12 MPa)，二段入口压力达到5.1～0.54 MPa，因此低压缸平衡气压力>0.5 MPa，考虑到油气压差，这时的密封油压力应在0.56～0.59 MPa之间，低于PSV0114的起跳压力，因此是安全的。一旦入口压力超过0.15 MPa，二段入口及低压缸平衡气压力也将随之升高，低压缸密封油压力将超出PSV0114起跳压力，从而导致整个密封油系统供应失衡而发生故障。

为此对压缩机低压缸平衡气压力进行了调整和控制。在机组正常运行时，关闭平衡气与二段入口连通管线切断阀，以降低低压缸轴封参考气的压力，提高密封油系统的自适应能力。因此也增大了压缩机入口压力的操作范围。平衡补偿气压力调整前后各参数数据见表1。

表1 平衡气压力调整前后各参数数据 MPa

调整后压缩机入口压力在≤0.225 MPa的情况下，可以安全运行。在此之前对机组外围系统也进行了改进：①将压缩机脱硫循环控制阀HV01001引入PLC控制系统，使其在后系统跳车时能够自动关闭，以避免脱硫系统大量的高压气体由HV01001返回到压缩机入口。②对PG204进行改造，增加副线调节阀，实现PG204A/B双回路分程控制。并将其引入DCS计算机控制系统，由主控室直接进行操作控制。

但需要强调的是在通常配气站进站气体压力较高的情况下，若出现系统跳车，而调节阀PG204不能及时调整到位，仍将会出现密封油系统调节不过来的情况，这就要求主控和压缩操作人员要密切协作，尽快降低压缩机入口工艺气体压力，同时调整好压缩机密封油高位槽液位，以保证机组正常连续运行。