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氨压机干气密封改造及运行维护

[日期:2016-06-07] 来源:《氮肥信息》2016年第5期  作者: [字体: ]


氨压机作为合成氨装置的核心设备,其稳定运行至关重要,直接决定着整套合成氨装置的运行质量。渭化公司氨压机由美国德莱瓦公司设计制造,采用两级三段压缩(低压缸设计出口压力246 kPa,最大允许温度177 ℃;高压缸设计出口压力1706.5 kPa,最大允许温度179 ℃),氨压机轴端采用的是浮环油膜密封,防止氨气从缸体窜出。浮环油膜密封主要靠向内、外浮环间引入高于工艺气压力的密封油,在旋转轴的作用下两环间产生油膜,进而产生节流降压作用,达到密封的目的。在此过程中,密封油与工艺气直接接触,接触后的油气进入污油捕集器分离,分离得到的气体回一段压缩或者排放火炬系统,分离得到的油部分回脱气槽进一步脱去气体后回油箱循环利用。由于密封油与工艺气直接接触,润滑油污染情况一直存在,极易造成透平推力轴承腐蚀、系统被迫停车、更换润滑油等事故。严重的润滑油污染还可能造成合成氨系统停车,甚至需要更换整箱润滑油,造成重大经济损失。为此,渭化公司决定将浮环油膜密封改为干气密封。改造后的运行情况表明,工艺气不再与密封油接触,避免了油污染的问题,并且系统运行更加平稳,操作更加简单。

1.干气密封简介

如今,干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和机械密封,在氨压机、泵类等旋转设备上得到广泛应用,其可靠性和经济性也已经被许多工程应用实例所证实。本套干气密封由静环和动环构成,其中静环由弹簧加载,由O型圈辅助密封;动环端面上有深度仅35 μm的气槽。洁净气体进入动、静环端面间,受压缩后形成一个稳定的气膜使密封面完全分离,并保持一定的密封间隙,即气体介质通过密封间隙受到节流和阻塞作用而被减压,以达到密封的目的。本套密封采用一前一后2套干气密封串联组成,前后两级干气密封之间设有中间梳齿,第一级密封为主密封,承受全部压差;第二级密封为安全密封,正常状态下工作压差很低,当一级密封失效时可迅速响应,起到密封作用,避免工艺气外泄。

    2.氨压机干气密封改造的问题分析与解决

   1)密封气气源的问题。氨压机启动前,缸体进行氮气充压置换,氨压机出口压力与缓冲气压力相同,而干气密封启动时所需的一级密封气压力应大于缓冲气压力,显然这时氨压机出口压力不能满足干气密封启动条件,否则会造成干气密封装置损坏。因此,需要引用外网氮气作为开车气源,保证机组启动时的密封气供应。渭化一期装置氨压机采用高压氮气管网的氮气(5.8 MPa)作为开车气源,设计流量为500 m3/h,由于一期装置和三期装置高压氮气管网联通,在三期装置高压事故氮泵运行时,氨压机启动将不受空分装置停车的影响,当氨压机出口压力高于缓冲气压力(0.3 MPa)或高于开车气体压力时,可将开车氮气切换为氨压机出口工艺气。二级密封气设计由低压氮气管网供应,设计流量20 m3/h,压力0.025 MPa,考虑到低压氮气管网有时无法供应的情况,加装氮气钢瓶作为临时气源,保证二级密封气正常供应(氮气钢瓶采用2瓶并联方式,一用一备,保证供应不中断)。隔离气是从二级密封气中引出的低压氮气,设计流量40 m3/h,压力0.020 MPa,为保证无低压氮气时隔离气的供应,配置了仪表空气管线备用。

2)泄漏气管线的问题。干气密封运行期间需要泄漏气顺利排出,不能承受背压,否则可能造成设备的损坏。而渭化一期装置火炬管线在工况异常时会产生较高的压力,因此氨压机干气密封泄漏气不能引入火炬系统,只能设计一级密封泄漏气全部引至厂房外高位放空。考虑到环保要求,在泄漏气管线上预留了接口,以后可以对其进行改造(并入氨火炬系统)。二级密封泄漏气在正常情况下全部是氮气,也全部引至厂房外高位放空。各级密封泄漏气独立配管,以便判断发生泄漏的具体位置,便于单独检修作业。

3)一级密封过滤器设计过小的问题。在进行试运行时发现,一级密封过滤器压差达到120 kPa(设计报警值100 kPa)。初步怀疑管道吹扫不合格,过滤器滤网堵塞所致,于是切换为另一组过滤器,压差仍为120 kPa。检查更换下来的滤芯,发现干净无杂物。于是将一级密封气与缓冲气压差设计值进行调整,低压缸由100 kPa调至70 kPa,高压缸由70 kPa调至50 kPa,压差略有减小,但仍不能满足设计要求。后将2组过滤器并联试运行,压差降为60 kPa,正常开车后切回单组运行,压差又高达240 kPa。由此确认,过滤器过滤面积设计过小。于是要求设计方重新设计,并择机进行了更换。目前,单组过滤器运行压差保持在40 kPa左右,运行正常。

4)一级密封气调节阀参考压力的选择。目前国内外大多数运行的氨压机干气密封一级密封气调节阀压力都选择平衡管压力作为参考,而本次由浮环油膜密封改为干气密封,设计之初即考虑利用原有设备,经过反复讨论和研究,决定选用原密封油参考气压力作为参考。平衡管压力与原参考气压力之间的区别在于各自选取的压力点不同。初步讨论认为,只要所选择的压力稳定且能反映缸体压力即视为可行。所选压力决定了一级密封气调节阀的动作,进而控制一级密封气的压力,只要设定合理的压差便可实现密封。经过多次调整,最终低压缸一级密封气与参考气压差设定为70 kPa,高压缸则设定为50 kPa。通过后期运行观察证实,本次参考气压力点选取得精确可靠,泄漏气的密封和整套干气密封的运行也安全平稳。

3.小结

干气密封改造完成后,经历了几次开停车,一级密封泄漏气流量一直保持在设计范围内,干气密封运行良好,润滑油各项分析指标均合格,表明改造是成功的。通过改造,克服了浮环油膜密封的缺点,保证了氨压机的安全、稳定、长周期运行。值得一提的是,本次改造表明浮环油膜密封中的参考气管线可以加以利用,可为同类系统的改造提供参考与借鉴。

                                (陕西渭河煤化工  石雷雷  吴丰)

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