张吉卫，王邦旭，钟国强
（中海石油建滔化工有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］2023年某2 000 t/d气头甲醇装置合成气压缩机组在停机低速盘车与氮气循环升转速过程中，低压缸驱动端干气密封连续2次出现因一级排放气流量异常升高触发联锁停机的故障，导致转化系统无法使用氮气进行循环降温，危及甲醇装置的安全运行并影响停车进度。为此，对可能导致合成气压缩机干气密封故障的原因逐一进行排查与分析，推断出其原因在于，机组停机过程中转子发生了较大的轴位移使驱动端干气密封动、静环密封面间隙过大，加之机组停车后长时间低速盘车引起二级密封端面发生不正常磨损致较多石墨颗粒进入一级密封推环O形圈缝隙而造成一级密封静环补偿装置卡滞，动、静环密封面间隙过大无法及时得到补偿而形成了泄漏通道。采取一系列检维修措施后，问题得以解决。
［关键词］甲醇装置；合成气压缩机；干气密封泄漏；原因分析；转子轴位移；低速盘车；补偿装置卡滞；处理措施
［中图分类号］TH452 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2024）06-0051-03
0 引 言
某2 000 t/d气头甲醇装置工艺包由德国Lurgi公司提供，其合成气压缩机组由三菱重工（MHI）设计制造，于2006年9月投运。合成气压缩机组在装置正常运行时用于提高甲醇合成系统入口合成气压力，在装置停/开车时用于引入氮气进行氮气循环——装置停车过程中供给氮气用于转化系统降温，装置开车过程中供给氮气用于甲醇合成催化剂床层升温。2023年4月，甲醇装置按计划停车进行为期15 d的检修，合成气压缩机组在停机低速盘车和氮气循环升转速过程中，其低压缸驱动端干气密封连续2次出现因一级排放气流量快速上涨触发联锁停机故障，导致转化系统无法使用氮气进行循环降温，危及甲醇装置的安全运行并影响其停车进度。为此，从机组启停频次、干气密封修复及安装质量、一级密封气洁净度、一级密封气压力、机组停机时低速盘车时长等方面逐一进行排查与分析，最终找到了合成气压缩机低压缸驱动端干气密封一级排放气流量异常升高的原因，并采取了相应的处理措施。以下对有关情况作一介绍。
1 合成气压缩机简介
该合成气压缩机为透平驱动的离心式压缩机，其低压缸型号为5V-6，厂家序列号C-597，工作介质相对分子质量为12.19，总功率10 933 kW，转速9 780 r/min，一阶临界转速4 150 r/min、二阶临界转速18 000 r/min；压缩机低压缸入口流量240 110 m3/h（标态，下同）、入口温度40 ℃、入口压力1.76 MPa（A）、出口温度159.4 ℃、出口压力4.8 MPa（A）。合成气压缩机共有6级叶轮，闭式焊接结构，同向排列；叶轮、轴套和平衡活塞与液压装配的联轴器轮毂一起过盈装配在轴上，机壳为筒形，内缸隔板水平剖分；级间密封、平衡活塞密封均采用迷宫密封，轴端密封采用日本约翰克兰公司生产的干气密封，形式为28AT串联式。压缩机轴端干气密封动环材料为碳化硅，端面上设计单向旋转动压槽；静环材料为碳石墨，端面为平面；补偿推环上的辅助密封圈及其他辅助密封圈均为O形环。
2 问题描述
2023年4月11日08:00，甲醇装置按计划停车，合成气压缩机组随之降转速，12:15机组进入低转速盘车状态，12:29—12:30低压缸驱动端干气密封一级排放气流量（FI021261）突然由9.6 m3/h升至25.0 m3/h（量程最大值），超过联锁值20.68 m3/h，触发联锁后10多分钟低压缸驱动端干气密封一级排放气流量又下降至正常值。4月12日04:24，合成气压缩机组内部置换成氮气后重新启动，对转化系统进行氮气循环降温；04:25—04:27，机组冲转时FI021261又突然由17.3 m3/h升至23.2 m3/h，再次超过联锁值20.68 m3/h，触发联锁后10多分钟低压缸驱动端干气密封一级排放气流量又下降至正常值。为避免合成气压缩机组开车时干气密封再次失效而致泄漏，未再次启动机组。
3 原因排查与分析
据合成气压缩机低压缸驱动端干气密封拆解情况及失效前后的运行曲线可以发现，驱动端干气密封一级排放气流量曲线呈突变态势，可以确定干气密封出现了故障。而可能导致合成气压缩机干气密封故障的原因较多，有机组频繁启停、干气密封修复及安装质量存在问题、一级密封气带液或带杂质、一级密封气压力低、机组停机时低速盘车时间过长、转子产生较大的轴位移等。
3.1 机组频繁启停
合成气压缩机组启停过程中，干气密封的动、静环密封端面会处于短时间的接触状态，因启停时的转速、持续时间以及密封所处的背压状态等因素的不同，动、静环密封端面会产生不同程度的磨损，磨损严重时会影响干气密封的使用寿命。该合成气压缩机低压缸驱动端干气密封于2021年3月大修时更换，运行至2023年4月装置停车检修，据统计机组仅在2021年4月启停1次、2021年10月启停2次，之后的1 a多时间内一直稳定运行，且在2021年10月第二次启动后，低压缸驱动端干气密封的各项运行数据均在设计值范围内。由此，可排除合成气压缩机组频繁启停造成干气密封动/静环密封端面磨损进而导致干气密封一级排放气流量异常升高的可能。
3.2 干气密封修复及安装质量存在问题
更多内容详见《中氮肥》2024年第6期