發(fā)表時間： 2023-05-10 16:50:11
作者： 吳偉等（乙烯工業(yè) 遼陽石化）
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關(guān)鍵詞 | 裂解氣壓縮機(jī) 高壓氣缸 機(jī)械密封失效
導(dǎo) 讀：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司200kt/a乙烯裝置裂解氣壓縮機(jī)（C201）為1992年裝置技術(shù)改造時引進(jìn)的德國Demag公司成套壓縮機(jī)組，型號為10MH4B+10MH6B，2007年裝置擴(kuò)能改造時更換新比隆公司SAC1-4型超高壓蒸汽透平。壓縮機(jī)為雙缸四段十級離心式，壓縮機(jī)軸封為單端面機(jī)械密封，博格曼制造，2016年大修更換新密封，壓縮機(jī)設(shè)計參數(shù)見表1。
問題描述：
2017年4月2日，操作人員巡檢時發(fā)現(xiàn)裂解氣壓縮機(jī)潤滑油箱液位持續(xù)下降，潤滑油損耗明顯增多，每班需補(bǔ)2~3桶潤滑油，故對系統(tǒng)開展全面排查，查找潤滑油損耗嚴(yán)重的原因。
檢查潤滑油系統(tǒng)的設(shè)備、法蘭等處未發(fā)現(xiàn)漏油痕跡，排除系統(tǒng)外漏的影響；檢查油冷卻器導(dǎo)淋處也未發(fā)現(xiàn)潤滑油痕跡，排除油冷卻器故障；檢查高壓缸油氣分離器氣相線低點排放發(fā)現(xiàn)潤滑油油污，且高壓缸四段密封油回油氣分離器管線發(fā)熱，由此推斷壓縮機(jī)高壓缸四段機(jī)械密封可能失效。為此對機(jī)組進(jìn)行計劃停機(jī)更換機(jī)械密封。
檢修概況：
01 機(jī)械密封原理
C201高壓缸（10MH6B）軸端密封為單端面機(jī)械密封，動靜環(huán)材質(zhì)為碳化硅。從裂解氣干燥器出口引入一股干燥氣體至機(jī)體密封腔，作為裂解氣與密封油之間的屏障氣。密封油在差壓控制閥作用下以高于屏障氣0.5MPa的壓力注入密封腔，在機(jī)械密封動靜環(huán)密封面形成一層完整的吸附油膜，防止大量裂解氣泄漏，密封油對機(jī)械密封起到潤滑和沖洗冷卻的作用。機(jī)械密封外側(cè)為浮環(huán)，大部分密封油經(jīng)浮環(huán)和軸套間隙流向軸承箱，同軸承潤滑油一起返回油箱。少量密封油經(jīng)密封端面和屏障氣一起返回油氣分離器，泄漏的密封油返回污油箱，污油箱內(nèi)密封油經(jīng)分析化驗合格后可返回潤滑油箱。如果密封存在少量泄漏，不會導(dǎo)致潤滑油大幅減少。氣相則由頂部排火炬。
02 機(jī)械密封檢修情況
因C201潤滑油消耗過快，2017年4月4日14：21停機(jī)，對其高壓缸四段密封解體檢修。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)四段密封端面磨損，靜環(huán)卡澀，密封端面間有碳化物（見圖1），為此更換新密封。
6日4：00機(jī)械密封更換完畢后，啟動潤滑油泵，并投用高、低壓缸密封油，液位未見下降，機(jī)械密封性能良好，12：21壓縮機(jī)系統(tǒng)恢復(fù)正常。
機(jī)械密封失效原因排查：
在排除潤滑油系統(tǒng)外漏、油冷卻器故障、油氣分離器設(shè)備故障等影響因素后，技術(shù)人員從設(shè)備和工藝角度對高壓缸機(jī)械密封失效原因進(jìn)行了深入排查。
01設(shè)備制造和檢修質(zhì)量
造成機(jī)械密封失效的最常見原因是設(shè)備制造和檢修質(zhì)量，其主要取決于檢修安裝精度和配件質(zhì)量。機(jī)組原設(shè)計軸封即為機(jī)械密封，隨機(jī)附帶4套，運行20多年從未出現(xiàn)過大量泄漏事件。大修期間新更換的密封是經(jīng)過修復(fù)且試驗驗證，各項指標(biāo)均合格。安裝時，經(jīng)密封廠家確認(rèn)，轉(zhuǎn)子位置和密封壓縮量均符合要求，且該密封投用后穩(wěn)定運行已超過6個月，因此可排除密封制造和檢修的質(zhì)量原因。
02工藝因素
造成機(jī)械密封磨損失效的主要工藝因素有工藝操作穩(wěn)定性和生產(chǎn)過程中的波動。
工藝操作穩(wěn)定性是壓縮機(jī)機(jī)組穩(wěn)定運行的前提。管理上主要是通過MES系統(tǒng)平穩(wěn)率管理模塊進(jìn)行實時監(jiān)控。當(dāng)發(fā)現(xiàn)透平及壓縮機(jī)各項工藝參數(shù)超出平穩(wěn)率控制范圍時，應(yīng)及時調(diào)整參數(shù)，特別是容易引起機(jī)組振動的高壓蒸汽、吸入流量、抽汽流量等參數(shù)的穩(wěn)定。確保密封油與屏障氣壓力差在規(guī)定范圍內(nèi)（0.5MPa），若壓力差過低，甚至低于屏障氣壓力，密封面易發(fā)生干磨，產(chǎn)生大量熱量，短時間就會燒壞機(jī)械密封。當(dāng)機(jī)械密封出現(xiàn)大量泄漏時，回油來不及冷卻，造成高壓缸密封油回油氣分離器管線發(fā)熱，使部分密封油隨油氣分離器氣相排放線帶出，多余的進(jìn)入壓縮機(jī)。車間沒有頻繁調(diào)整密封油和屏障氣等生產(chǎn)參數(shù)，設(shè)備長時間平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，因此排除工藝操作不穩(wěn)定的影響因素。
另一個重要影響因素是生產(chǎn)異常波動。當(dāng)裝置生產(chǎn)出現(xiàn)波動時，通常伴隨著壓縮機(jī)負(fù)荷的急劇變化，高壓蒸汽管網(wǎng)壓力下降會造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降，引起喘振，甚至緊急停機(jī)；而裂解氣流量波動同樣會引起壓縮機(jī)的防喘振閥的劇烈波動。這種情況下轉(zhuǎn)子受力大幅波動，軸振動、軸位移變化較大，破壞了密封動靜環(huán)間穩(wěn)定的潤滑液膜，密封面溫度過高，使液膜汽化，導(dǎo)致密封異常磨損，造成機(jī)械密封出現(xiàn)大量泄漏。
該機(jī)械密封原設(shè)計有密封回油管路，密封油進(jìn)入密封腔后，從回油管路和外側(cè)浮環(huán)間隙返回油箱。但對照現(xiàn)場布置，回油管路已封死，密封油僅通過浮環(huán)間隙回流，從而導(dǎo)致密封油量大幅減少，密封運行中產(chǎn)生的熱量無法及時導(dǎo)出，使密封腔溫度過高，潤滑油碳化，并在動靜環(huán)處積聚。運行中，可能有碳化物掉落進(jìn)入密封面間，造成磨損。由于靜環(huán)與靜環(huán)座間間隙較小，當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定運行時，靜環(huán)幾乎不會沿軸向移動，長此以往，碳化物可能造成靜環(huán)卡澀。一旦因生產(chǎn)波動，軸位移變化或密封磨損，彈性元件不能及時補(bǔ)償，便會造成機(jī)械密封出現(xiàn)大量泄漏。
分析近期生產(chǎn)波動情況，發(fā)現(xiàn)2017年4月1日起，輕烴輸送泵（P108A/B）出現(xiàn)3次波動，其中前兩次造成輕烴泵電流過載跳閘停運，并造成裂解爐F103、F110進(jìn)料中斷，裝置負(fù)荷由100%急速降至60%，裂解氣流量劇烈變化，通過查看歷史趨勢發(fā)現(xiàn)，高壓蒸汽壓力和裂解氣壓縮機(jī)防喘振閥閥位變化劇烈。通過脫水檢查確認(rèn)輕烴儲罐（R108A/B）帶水嚴(yán)重，查詢交接班日記和DCS記錄，最終確定芳烴廠碳五帶水導(dǎo)致，這是造成機(jī)械密封失效的根源。
原因剖析：
通過系統(tǒng)排查，判斷造成機(jī)械密封失效的直接原因是裝置負(fù)荷頻繁劇烈波動引起壓縮機(jī)喘振，對密封面產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損傷，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。
根本原因是輕烴原料帶水，造成介質(zhì)比重增大，電機(jī)過載，出口壓力升高，輕烴流量顯示值瞬間增大，電機(jī)跳閘后造成裂解爐輕烴進(jìn)料壓力和流量劇烈波動，相應(yīng)裂解爐爐出口溫度也波動，裂解氣流量劇烈變化，裂解氣壓縮機(jī)防喘振閥相應(yīng)劇烈波動，從而導(dǎo)致密封失效。
管理原因是儲罐運行方式不科學(xué)，沉降靜置時間不足，自動脫水設(shè)施無法正常投用，人工脫水頻次低，無法保證脫水的及時性和有效性，脫水管理缺乏有效監(jiān)管。
改進(jìn)措施：
1. 嚴(yán)格儲罐脫水管理工作?？茖W(xué)合理安排儲罐運行方式，避免活罐收付操作，增加付料儲罐靜止沉降時間，確保封罐后沉降時間不低于4h，使收料儲罐物料中的水分充分沉降，為脫水操作創(chuàng)造必要條件。加強(qiáng)脫水過程中的監(jiān)督與考核，確保脫水效果滿足裂解裝置進(jìn)料水含量指標(biāo)要求，避免類似事件的發(fā)生。
2. 探討投用自動脫水系統(tǒng)的可行性，改善脫水效果。采用自動脫水方式比人工脫水操作方式更加安全可靠，自動脫水效果也好于人工脫水效果，應(yīng)盡快恢復(fù)停用的自動脫水設(shè)施。自動脫水設(shè)施出現(xiàn)故障應(yīng)及時維修處理，無法維修的應(yīng)及時申請更換脫水設(shè)施滿足現(xiàn)場自動脫水要求。在不具備自動脫水條件的情況下，必須執(zhí)行科學(xué)的人工脫水方式。
3. 操作人員加強(qiáng)巡檢和檢查，關(guān)注壓縮機(jī)組潤滑油液位、密封油和密封氣壓力、壓差和密封泄漏情況，提高應(yīng)急處理能力，發(fā)生異常能夠準(zhǔn)確判斷原因。當(dāng)裝置負(fù)荷異常波動特別是負(fù)荷劇烈下降時，裂解爐崗位控制好裂解深度，壓縮崗位能夠及時調(diào)整防喘振閥，分離崗位及時調(diào)整冷箱返回量，避免因壓縮機(jī)吸入量不足或吸入組分過輕而發(fā)生喘振，進(jìn)而影響設(shè)備安全。
4. 增強(qiáng)“質(zhì)量是效益，質(zhì)量是企業(yè)生命”的質(zhì)量意識，提高質(zhì)量管控能力，從源頭上減少原料帶水的影響。
5. 建議對機(jī)組的密封進(jìn)行改造，更換為可靠度高的干氣密封，保證機(jī)組的長周期運行。
