(中海石油化學(xué)股份有限公司，海南 東方 572600)

中海石油化學(xué)股份有限公司化肥二部為設(shè)計年產(chǎn)450 kt合成氨、800 kt尿素裝置，合成氨裝置采用KBR(凱洛格布朗)工藝。其中，氨氣壓縮機是合成氨裝置的重要設(shè)備，由日本三菱公司制造，為高壓蒸汽透平驅(qū)動的離心式壓縮機，壓縮機兩端外部密封采用JHON CRANE(約翰克蘭)串聯(lián)式干氣密封，利用壓縮機出口氨氣作為密封氣。

1 故障現(xiàn)象

2012年4月氨氣壓縮機檢修時，更換了兩端干氣密封。4月27日，氨氣壓縮機檢修后開車，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至最低控制轉(zhuǎn)速7 260 r/min時，驅(qū)動側(cè)一級放空流量(正常值為0.2 m3/h)指示從0上漲到2.5 m3/h，現(xiàn)場轉(zhuǎn)子流量計打滿。由于一級放空采取的是就地排放，在現(xiàn)場框架偶爾會聞到氨味。6月6日，為了減少就地排放，將驅(qū)動側(cè)一級放空導(dǎo)至氨放空總管進(jìn)行排放，現(xiàn)場氨污染有所減少，但是偶爾還能聞到氨味，判斷為驅(qū)動側(cè)二級放空泄漏的氨氣。由以上現(xiàn)象我們判斷，氨氣壓縮機驅(qū)動側(cè)干氣密封一級密封損壞；二級密封泄漏量增大，也可能已損壞。

2012年7月4日，裝置停車后，氨氣壓縮機安全閥PRV105J下線檢修，切斷壓縮機進(jìn)出口切斷閥，關(guān)閉來自149D(氨受槽)的高壓密封氣。7月8日班組在進(jìn)行氮氣置換時，發(fā)現(xiàn)缸體壓力下降很快，基本上無法保壓。

2012年7月17日，氨氣壓縮機開車正常后，驅(qū)動側(cè)一級放空仍然打滿，但測量現(xiàn)場二級放空管線外側(cè)溫度時，發(fā)現(xiàn)溫度很高，達(dá)到60 ℃以上(正常時為環(huán)境溫度)；而且現(xiàn)場框架的氨味比較大，足以證明干氣密封泄漏量在增加。

2 停機拆檢情況

2012年10月18日裝置停車檢修，對氨氣壓縮機驅(qū)動側(cè)密封件進(jìn)行了拆檢，同時對干氣密封濾芯進(jìn)行了拆檢、更換。拆檢情況如下。

2.1 氨氣壓縮機驅(qū)動側(cè)干氣密封拆檢

在拆除驅(qū)動側(cè)后，發(fā)現(xiàn)內(nèi)部已經(jīng)完全損壞，內(nèi)件在干氣密封腔體內(nèi)晃動，相關(guān)彈簧全部失效，呈報廢性損壞，外腔有大量的碳環(huán)磨損的粉塵，在存在油污的情況下呈泥狀；干氣密封鎖緊螺母拆除時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部有較多的油，該部位的O形圈因干氣密封大量泄漏及高溫條件下運行導(dǎo)致老化；驅(qū)動側(cè)徑向軸承拆除時發(fā)現(xiàn)有較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，并有磨損現(xiàn)象，回裝時更換了新備件。

2.2 干氣密封濾芯拆檢

本次檢修更換了干氣密封濾芯。拆檢濾芯時發(fā)現(xiàn)，正常運行時投用的濾芯局部有鼓包；而投用濾芯及備用濾芯都被污染(正常投用的濾芯為白色)。

3 故障原因分析

干氣密封作為一種新型的密封，已經(jīng)逐步取代浮環(huán)密封應(yīng)用于大型的離心式壓縮機組上。以其簡單實用的系統(tǒng)配置、良好的密封性能贏得了廣大用戶的歡迎，而且維護(hù)方便[1]。用于氨氣壓縮機上的干氣密封屬于串聯(lián)式干氣密封，密封面采用螺旋槽式，密封氣采用壓縮機出口的氨氣，此種結(jié)構(gòu)的干氣密封有其自身的特點，但也有局限性，其故障特點具有所有干氣密封的共性也有其獨特性。經(jīng)分析，氨氣壓縮機干氣密封出現(xiàn)運行失效故障可能有以下幾個方面的原因。

3.1 干氣密封件進(jìn)油

干氣密封系統(tǒng)包括三部分，即密封氣過濾單元、干氣密封泄漏監(jiān)測單元、密封隔離氣單元。其中，密封隔離氣單元的作用是，通過注入低壓氮氣或儀表空氣，將干氣密封與軸承潤滑油隔離，防止干氣密封受潤滑油的污染；同時，隔離氣可將二級密封泄漏出的微量工藝氣體帶走排空[2]。如果在正常運行中隔離氣中斷或者在開車過程中隔離氣投用滯后，會造成干氣密封進(jìn)油，引起密封面動、靜環(huán)的粘合，密封面上不能形成要求厚度的剛性氣膜從而阻止機內(nèi)介質(zhì)外泄，造成密封失效。2012年4月18日檢修后隔離氣投用在潤滑油壓力建立之前，不會出現(xiàn)由于隔離氣未投用導(dǎo)致干氣密封進(jìn)油，從而損壞干氣密封。

另外，如果進(jìn)入密封件的密封氣帶油，也會造成干氣密封件進(jìn)油，引起密封面動靜環(huán)的粘合。從當(dāng)時的液氨分析報告來看，液氨中氨含量達(dá)到99.99%，油含量只有2.06 mg/kg，微量的油短時間內(nèi)是不可能造成干氣密封面帶油的。況且非驅(qū)動側(cè)干氣密封采用同一根管線同一種密封氨氣，運行時并未出問題。

還有一種情況，如果氨氣壓縮機停車時，隔離氣先停而潤滑油后停，會造成密封件進(jìn)油。而本次氨氣壓縮機缸體大修，兩端干氣密封為整體更換，因此不存在隔離氣先停潤滑油后停而造成干氣密封帶油的可能。

最后一種情況，密封隔離氣單元供氣正常，但是靠近二級密封的梳齒密封無法進(jìn)行有效密封，造成潤滑油向干氣密封泄漏，潤滑油由軸承腔沿軸表面向隔離密封內(nèi)自然流動， 即“爬油”現(xiàn)象[3]。而氨氣壓縮機隔離氣氣封只有1道梳齒，密封效果有限，要經(jīng)常對二級密封導(dǎo)淋進(jìn)行排油，以確保所漏潤滑油能夠及時排出。

3.2 固體雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封件

干氣密封在運轉(zhuǎn)時， 動靜環(huán)間的氣膜層一般只有3～10 μm， 如有異物或液體進(jìn)入密封間隙， 會引起密封面損傷，表現(xiàn)為因摩擦使氣膜升溫， 引起工藝氣體結(jié)焦或聚合， 積聚填滿槽體， 以致不能形成密封的氣膜， 從而使密封面由非接觸變?yōu)榻佑|， 產(chǎn)生干摩擦而發(fā)出強噪聲。因此在干氣密封中， 氣體需經(jīng)過一組濾芯， 其過濾精度一般需在3 μm以下；當(dāng)氣體含濕量大時， 還需設(shè)置干燥濾芯， 以保證密封氣體的干燥和潔凈[4]。

固體雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封有三種可能：一種是干氣密封濾芯故障或者過濾精度較低，造成不干凈的密封氣帶入固體雜質(zhì)；另一種可能是，濾芯后面的管線在檢修時，由于拆卸后保護(hù)不當(dāng)，或安裝時帶入了固體雜質(zhì)；第三種可能是，密封氣流量或者壓力不足時，密封氣難以阻止壓縮機缸體工藝氣向密封件流動，造成較臟的工藝氣和密封面的直接接觸[5]。

從2008年2月到2012年9月，干氣密封濾芯壓差正常運行時基本維持在20 kPa(G)左右，機組停機時最高為35 kPa(G)，濾芯壓差在正常范圍內(nèi)。但是，由于該期間一直沒有對干氣密封濾芯進(jìn)行更換維護(hù)，濾芯長期運行存在失效的可能，有可能導(dǎo)致雜質(zhì)進(jìn)入密封件而濾芯壓差未上漲的假象。另外，本次檢修時對干氣密封與缸體連接的進(jìn)氣管線進(jìn)行了拆卸，而回裝時也并未進(jìn)行吹掃或有其他特殊要求，因而管線內(nèi)部有存在固體介質(zhì)的可能性。此外，氨氣壓縮機開車時，先進(jìn)行缸體充壓，開車前再投用密封氣，也有可能出現(xiàn)工藝氣流進(jìn)密封件，從而造成污染。

3.3 液態(tài)氨或者水進(jìn)入干氣密封件

液體對干氣密封的損害如同油對干氣密封的損害一樣，都會造成干氣密封所要求的剛性氣膜無法形成。氨氣壓縮機正常運行時密封氣是從壓縮機出口過來的15 kgf/cm2、100 ℃的氣氨，不可能產(chǎn)生液氨而進(jìn)入干氣密封件。但在停車尤其是檢修停車時，如果來自出口的氣氨壓力降低，氣氨的冷凝溫度會升高，在環(huán)境溫度降低時氣氨會形成液氨，因此，開車之前管線內(nèi)積蓄著液氨是完全可能的。

另外，若密封隔離氣帶水，而干氣密封的二級導(dǎo)淋又未排水或排水不及時，極易將水帶入二級密封，隨著時間的推移，這些水會進(jìn)入一級密封，從而徹底損壞干氣密封。

還有一種情況，氨氣壓縮機停車后，按照操作規(guī)程的要求，需要切斷密封氣；隨著環(huán)境溫度的降低，密封管線內(nèi)和干氣密封件內(nèi)的氣氨會冷凝，如果開車時未及時排氨，會造成干氣密封件內(nèi)帶液氨。

3.4 螺旋槽錯誤安裝導(dǎo)致干氣密封件損壞

當(dāng)兩個密封的端面尺寸一致時，往往由于安裝錯誤，易將兩端的密封裝反。對于單向運轉(zhuǎn)的干氣密封，密封裝反就意味著密封相對于原設(shè)計反轉(zhuǎn)了，這樣就不能使旋轉(zhuǎn)的密封面內(nèi)形成有效的氣膜，造成密封干摩擦燒損，這是安裝錯誤造成密封失效的一種形式[5]。目前常見的單向密封面有弧形槽、螺旋槽、人字形槽，雙向密封面有矩形槽、T形槽、燕尾形槽，氨氣壓縮機上使用的是螺旋槽，屬單向密封面，如果裝反了，會造成干氣密封無法形成剛性氣膜，從而瞬間損壞。而氨氣壓縮機從開始開車到最低控制轉(zhuǎn)速需要70 min左右，因此，本次故障不會是螺旋槽的安裝出現(xiàn)問題，而且約翰克蘭型干氣密封都需要派使用單位人員參與現(xiàn)場測試，以確認(rèn)檢修效果。

3.5 干氣密封安裝失誤導(dǎo)致密封件損壞

干氣密封的現(xiàn)場安裝也是至關(guān)重要的，而且其安裝有著一套嚴(yán)格的程序。現(xiàn)場安裝尤其需要注意三個方面：首先，確保密封件上所示的旋轉(zhuǎn)方向與安裝端的實際旋轉(zhuǎn)方向一致；其次，確認(rèn)密封端面垂直于軸，以避免卡位；最后，轉(zhuǎn)子必須有效地鎖定在軸上，所有鎖緊裝置必須完全上緊，過大的軸向位移會損壞密封[5]。2013年3月份天津約翰克蘭人員對氨氣壓縮機進(jìn)行現(xiàn)場服務(wù)后，據(jù)損壞干氣密封的拆檢報告認(rèn)為：氨氣壓縮機干氣密封損壞的最大可能是密封靜環(huán)發(fā)生卡滯造成。靜環(huán)卡滯原因可能是在安裝時沒有活動密封；由于庫存時間較長，靜環(huán)卡滯在集裝位置上，當(dāng)壓縮機轉(zhuǎn)速升高，出入口壓差增大，轉(zhuǎn)子向入口低壓側(cè)移動，密封動靜環(huán)脫離，從而發(fā)生泄漏。

3.6 結(jié) 論

通過以上分析，2012年4月氨氣壓縮機檢修后干氣密封損壞的可能原因主要有以下幾個方面：第一，有固體雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封件——可能是濾芯失效或者檢修拆卸、安裝時造成的；第二，有液氨或者水進(jìn)入干氣密封件——可能是氣氨冷凝，或者是密封隔離氣帶入；第三，密封件現(xiàn)場安裝存在問題——安裝時沒有活動密封，導(dǎo)致靜環(huán)卡滯。

4 改進(jìn)措施

4.1 加強干氣密封的日常維護(hù)

首先，需要加強對干氣密封濾芯的維護(hù)。據(jù)本次事故修改操作規(guī)程，規(guī)范干氣密封濾芯更換頻率、設(shè)定更換壓差數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。以前堅持以濾芯壓差超標(biāo)為更換標(biāo)準(zhǔn)不太合適，將采用每半年更換一次或利用停車機會進(jìn)行濾芯檢查；若出現(xiàn)濾芯壓差高現(xiàn)象，及時切換濾芯并進(jìn)行更換。

其次，加強對干氣密封運行參數(shù)的監(jiān)控。由于在HMI上沒有干氣密封進(jìn)氣參數(shù)監(jiān)控，因此要加強對現(xiàn)場的巡檢，及時關(guān)注濾芯壓差的變化，同時要對密封隔離氣的變化情況進(jìn)行分析。

再次，加強對干氣密封兩級導(dǎo)淋的排液。干氣密封一、二級導(dǎo)淋積液，都會使干氣密封面帶液，造成密封氣膜剛度減弱，影響干氣密封的穩(wěn)定運行。目前采取的是每周排放1次，但是這并不安全，下一步會繼續(xù)改進(jìn)排放方式。

4.2 加強干氣密封的停開車工藝管理

干氣密封的停開車工藝管理需要加強，它關(guān)系到干氣密封的使用壽命。停車時需要間隔一段時間對密封氣入口管線進(jìn)行排液，在切密封隔離氣時，要先停下油系統(tǒng)，油系統(tǒng)停下后必須保持密封隔離氣吹掃半個小時以上。開車尤其是檢修后開車之前，一定要對干氣密封進(jìn)出口管線進(jìn)行排液，確保冷凝液氨排放干凈。但這些措施并不完全安全，徹底解決這些問題需要給干氣密封入口管線增加伴熱，確保入口管線中無論何時都是氣氨介質(zhì)，而且這樣也能保證停車時繼續(xù)投用密封氣，避免缸體內(nèi)高壓氣體進(jìn)入密封件而造成污染。

4.3 加強干氣密封的檢維修管理

檢修也是可能造成干氣密封污染的原因之一，因此要格外重視。檢修時需要拆卸干氣密封管線，而這些管線如果保護(hù)不好、安裝不當(dāng)，會造成干氣密封被污染，從而損壞干氣密封。目前采用的方式是，檢修時對拆下的管線進(jìn)行封頭，安裝之前用氮氣進(jìn)行整體吹掃，然后在工藝人員的配合下由保運部進(jìn)行最后安裝。安裝前需要填寫質(zhì)量確認(rèn)卡，由相關(guān)人員進(jìn)行簽字確認(rèn)。

4.4 加強干氣密封修復(fù)件的質(zhì)量及安裝管理

干氣密封的修復(fù)，一般要求由專業(yè)廠家進(jìn)行修復(fù)，有著嚴(yán)格的檢修程序及質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，檢修好的干氣密封需要進(jìn)行試漏實驗并打開檢查。目前我公司對于重要的干氣密封修復(fù)件都會進(jìn)行現(xiàn)場檢查驗收，一般由保運部組織使用部門配合進(jìn)行聯(lián)合驗收。

對于干氣密封的現(xiàn)場安裝，公司保運部制定了安裝規(guī)范，并對施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，而且制訂了安裝質(zhì)量驗收卡，確保安裝萬無一失。

5 結(jié) 語

古語云：吃一塹，長一智。干氣密封在運行中難免會出現(xiàn)這樣那樣的故障，但只要我們本著實事求是的精神，查找出原因，提出有針對性的改進(jìn)措施，就一定能夠使用好干氣密封。經(jīng)過不斷改進(jìn)后，目前氨氣壓縮機干氣密封運行狀況良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯立山.干氣密封的故障及運行費用淺析[J].遼寧化工，2004，33(4)：225～227.

[2]劉點，趙國華，楊春卉，等.氨壓縮機干氣密封泄漏分析與國產(chǎn)化探討[J].化工進(jìn)展，2006，25(4)：452～455.

[3]劉亞莉，趙麗麗，張強，等.干氣密封技術(shù)研究[J].鄭州輕工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，25(2)：51～54.

[4]吳金龍，張車宇.干氣密封的污染及其預(yù)防[J].化工設(shè)備與管道，2007，44(4)：45～47.

[5]約翰克蘭干氣密封安裝、操作和維護(hù)手冊[Z].