氢气往复式压缩机填料密封泄漏原因分析及对策

2020-04-30宋云平刘伯林中国石油兰州石化公司炼油厂甘肃兰州730060

化工管理 2020年10期

宋云平刘伯林(中国石油兰州石化公司炼油厂，甘肃兰州 730060)

0 引言

兰州石化公司炼油厂80万吨/年连续重整装置预加氢循环氢压缩机(K-101A/B)采用的是无锡压缩机厂生产的单级两列对置式往复压缩机(型号为：DW-20.5-X)，其作用是将氢气增压后送往预加氢反应系统并使氢气在该系统循环，保证预加氢反应的氢油比[1]，是装置的关键设备，其主要参数有：额定流量为19100Nm3/h、转速为329rpm、缸径为300mm、入口压力为1.8MPa(G)、出口压力为2.5MPa(G)、入口温度为35℃、出口温度为75℃。

1 氢气往复式压缩机运行中存在的问题

往复式压缩机中，活塞杆的密封一般由填料密封来实现，填料密封泄漏是压缩机的主要故障。据统计，该压缩机填料密封运行时间最短为1个月，最长为3个月，频繁的维修影响了装置的正常生产。在实际运行中，预加氢循环氢压缩机存在以下几个问题：(1)由于压缩机填料密封有不同程度的泄漏量，加上缸座两个隔离腔内未注入氮气，从主填料函泄漏出的氢气大量集中在压缩机中体，在中体部位很容易形成氢气和空气共存的爆炸性环境(见图1)。(2)泄漏的氢气部分会沿着活塞杆进入曲轴箱，会污染润滑油，使润滑油的闪点降低，给压缩机的运行带来了很大的安全隐患。(3)由于该压缩机的输送介质是预加氢循环氢，预加氢循环氢中硫化氢含量比较高，含硫化氢的氢气从呼吸阀处泄漏至外界，导致装置现场硫化氢气味较浓，不仅会危及装置工作人员的人身安全，而且对装置现场规格化管理带来不利影响。

图1 往复式压缩机结构

2 原因分析

预加氢循环氢压缩机主填料密封函内装有7组填料，为了解决硬填料磨损后的补偿问题，往往采用分瓣式结构(切向环和径向环)。在分瓣密封环的外圆周上，用拉伸弹簧箍紧，填料环将紧贴在活塞杆圆柱面而建立起密封，当填料磨损后，能起到自动补偿的作用。气缸内泄漏的氢气经过各级填料密封环后逐级减压，最后压力降到一个较低值，从而达到较好的密封效果[2,3]。

根据对填料密封结构及密封原理的了解及对失效密封的分析，可知造成填料密封泄漏、氢气窜入压缩机曲轴箱的原因有[4-6]：

(1)填料函与活塞杆不对中、配合面粗糙度过大、压盖未压紧等安装缺陷。

(2)填料环的弹簧失效、填料的过量磨损等使得填料密封在运行过程脱落而出现的失效。

(3)填料密封未注入氮气保护，在填料函中没有形成氮气密封腔，致使填料密封失效过快。

(4)预加氢循环氢压缩机填料密封泄漏导致氢气沿着活塞杆进入中体，而由于中体顶部高位放空安装不合理，使含硫化氢的氢气窜入曲轴箱。

3 改造措施

针对存在的问题，在不改变填料密封结构的前提下，提出对压缩机主填料密封和中间填料充氮保护，确保中间体区域不产生爆炸性气体环境。同时，通过改造，将泄漏的介质排放至火炬或高位放空。

3.1 对压缩机主填料函和中间填料充氮气

将氮气分成两路，一路通入主填料函，用来阻止氢气向氮气密封腔内泄漏，当有一部分氢气泄漏至氮气密封腔时，由于氮气密封腔内的氮气具有一定的压力，能有效防止氢气继续泄漏，从而达到较好的密封性能。另一路充入中间填料，提高中间填料的密封效果。同时，在氮气去主填料函处增加单向阀，防止填料泄漏增大后氢气倒入氮气线，如图2所示[7]。

图2 填料密封装配图

3.2 改造中体顶部高位放空线

为防止从气缸泄漏出来的氢气进入中体和曲轴箱，疏通、改造压缩机中体顶部高位放空线，将其经高位放空线排至火炬或放空，并在根部阀处增加放空阀，以便在高位放空线不通时使用蒸汽来处理。

4 取得的效果

预加氢循环氢压缩机氮封系统的改造，有效地解决了高浓度氢气在压缩机中体和曲轴箱内累积的安全隐患。另外，解决了硫化氢从呼吸阀漏出造成装置现场浓度超标的问题。改造后，呼吸阀处H2S 含量由22ppm 降至3～5ppm、压缩机中体H2S含量由39ppm 降至6～9ppm、装置现场H2S 含量由13ppm 降至0、半年内检修频次从4次降至0次，效果显著。

从以上数据可以看出，通过加强泄漏氢气及时排大气放空，压缩机中体和曲轴箱内的氢气含量大幅下降，减少了压缩机中体和曲轴箱呼吸阀发生闪爆的隐患。同时，通过改造，减少了装置现场的硫化氢量，不仅对装置工作人员的安全提供了保障，而且为环境保护及装置现场规格化作出了贡献。