【中国压缩机网引言

  乙烯装置需要3种离心压缩机,即裂解气压缩机、丙烯制冷压缩机和乙烯制冷压缩机,俗称乙烯三机。这3种压缩机均成功地应用了干气密封。

  乙烯的原料通常为乙烷或石脑油,也有用汽油、天然气和炼厂气的。典型装置中,原料气通常混合着过热蒸汽,直接输送到裂解炉。裂解气在急冷塔中冷却,在急冷塔中会产生副产品,如焦油冷凝和分离。裂解气压缩机会将裂解气压缩到大约2MPa的压力。

  这些机器通常也被称为原料气压缩机。压缩后的气体在一系列的热交换器中冷却,受压缩的裂解气在非常低的温度下变成液体。

  气体的碳氢组分经过一系列的分馏塔汽化而分离。脱甲烷塔去除氢气和甲烷,这些氢气和甲烷可用作高炉燃料。乙烯、乙烷和乙炔在脱甲烷塔中去除。乙炔可以通过加氢在乙炔转化器中单独催化转换成乙烯。最终,乙烯分馏塔分离乙烷和乙烯,从而生成几乎纯的乙烯。冷却和分离工艺中使用两套制冷回路,通常使用两台制冷压缩机。

  压缩机面临的主要问题是来自湿密封/系统的油污染问题。在许多情况下,使用大量的缓冲气以减少下游管路的油污染。制冷回路和分馏塔中的油垢会严重影响性能。

  干气密封的优点

  通过对比,干气密封能够消除工艺管路密封油污染,从而显著提高装置效率,因此可以堪称乙烯装置上压缩机密封的革命性进展。

  乙烯压缩机上干气密封主要有如下优点:

  (1)明显降低工艺气损失;

  (2)工艺气不存在油污染,消除密封油腐蚀;

  (3)工艺气不存在油污染,消除分馏塔中的油沉积;

  (4)通过消除密封油油垢,增加热交换器的效率;

  (5)节省油消耗和运输成本;

  (6)降低能量消耗;

  (7)减少维护(没有密封油系统);

  (8)提高安全性(没有密封油系统着火的危险)。

干气密封在离心压缩机上的应用

  裂解气压缩机

  裂解气压缩机组通常包括3个压缩机机壳。典型的密封压力如下:

  机械湿密封或油膜环的混合应用,已达到250mm,有的甚至超过300mm的大轴径压缩机一起应用,会导致高吸收功率损失,尤其是当每个压缩机组功率在100~120kW范围的时候,要求使用带脱气罐的密封油系统,这就使系统更为复杂,从而增加了维护要求。

  通过比较,干气密封运用了一种实际上不需要维护的简单的控制和监测系统。3个机壳的干气密封的总的吸收功率通常低于20kW,穿过密封的温升在20℃范围内。

  在28AT类型和28XP类型干气密封的标准运行范围内,裂解气压缩机的运行条件通常很好。

  然而,输送进裂解气压缩机的原料气通常是含有碳氢混合物的不清洁气体。工业上会关注原料气在密封处的聚合情况。选择适当的密封布置和系统设计可以避免这种情况产生。在装置试车期间,利用辅助气保护密封不受污染。

  大多数操作者在动态操作时,利用经过滤的通向内置密封的辅助缓冲(密封)气。这些过滤气调节干气密封的运行环境,因此必须与工艺相兼容。天然气、乙烯或氮气都是典型的应用样例。它的兼容性必须由操作者确定,也许取决于现场的可用性。

  通常来讲,工艺气到达最终压缩级时,应是相当清洁;只有在最终压缩级时,在启动和停车操作的必要时可以引入辅助缓冲气。

  干气密封的结构按工艺条件设计,也可取决于可用的辅助气体。串联和双型28干气密封结构均有很好的使用史。

  串联密封

  串联干气密封具有外置密封的能力,可作为备用密封操作,因此普遍受到操作者的喜爱。外置密封在工艺气和大气之间形成一种附加障碍,而内置密封处理整个系统的压力。

  对于这种结构,过滤气的供应对保证干气密封在清洁环境下运行至关重要。由于存在产品聚合的风险和工艺气不清洁的实际情况,通常采用外部密封气。密封气必须在压力稍微大于最大动态和静态密封运行压力的情况下方可使用,并直接通向内置密封芯子的一点。

  在有些情况下,如果高压气流足够清洁,聚合风险比较低,将工艺气循环至低压机壳密封也是允许的。

  在内置和外置密封之间也可选择安装中间迷宫密封,用氮气吹扫,使内置密封工艺泄漏气通向主通风管道燃烧。这种更友好的环境选择通过在迷宫密封和外置密封之间引入可调节的氮气供应作为障碍气得以实现。这样,正常运行时,外置密封朝向压缩机轴承的泄漏则是氮气。

  双密封

  这种结构保证工艺气总污染无散发。双型28AT干气密封要求供给所需压力的氮气。在密封压力稍微高于工艺气压力的情况下,在密封间提供经过滤的氮气。这样可维持密封运行的可控环境。

  由于28型干气密封在相对较低的密封压力应用情况下的低泄漏密封能力,正常运行时,到大气的唯一密封泄漏的是氮气,并且消耗最低。来自外部气源的密封气也可引入干气密封芯子内侧,以保证在密封腔内不发生工艺气聚合。

  乙烯制冷压缩机

  该压缩机通常在纯乙烯环境下运行,乙烯制冷应用的显著特征是低密封压力,通常在0.11MPa绝压范围,-70℃~-103℃范围的低进口压力。

  闭式回路制冷系统通常不采用会使少量障碍气(通常为氮气)进入冷却气的双密封。因此,大多数情况采用串联式干气密封。

  对于所有应用,干气密封在清洁干燥的环境下运行是十分重要的。因此,乙烯从压缩机出口循环出来,过滤后进入干气密封芯子内侧的一点。

  经过压缩的出口侧的乙烯是温暖的。因此,为保证密封材料不受温度的影响(温升在正常运行时可能会给密封材料带来麻烦),采取适当的措施是必要的。

  在启动和停车期间,压缩机会充满低温乙烯。这时,不会有暖的密封气从压缩机出口流过来,通常采用来自外部气源低温的乙烯气体注入气体密封芯子内侧,以在启动和停车时保护密封。

  此外,来自压缩机轴承的热量会自然地沿着轴向密封移动,帮助降低气体的冷却效果。

  在有些安装中,可能会出现主通风压力超过内侧密封压力的风险。非常低的密封压力和主通风(放空)高的背压会产生这种现象。

  动态运行期间,必须避免密封反向受压。在这些情况下,有必要安装仪表,防止主通风(放空)的压力堆积。或者,安装一个密封压力调节系统,与经设计限制(碳环或迷宫密封)的内置密封芯子一起操作,以保证密封处一直维持正差压。

  丙烯制冷压缩机

  该压缩机通常在纯丙烯环境下运行。轴径相对较大,通常在220mm范围内,有时会超过220mm,密封压力大约为0.13MPa。通常采用串联式密封。串联式密封对于这种应用来说是一种理想密封。

  同乙烯制冷压缩机相似,干气密封在清洁干燥的环境下运行是很重要的。因此,丙烯从压缩机出口循环出来,过滤后进入干气密封芯子内侧。

  进口温度通常在-40℃,在启动和停车期间,可以看见密封温度趋近这个数字。因此必须相应地选择干气密封材料。

  结论

  干气密封的应用为压缩机组的可靠性和高效率提供了保证。现场运行的许多裂解气压缩机和制冷压缩机安装的都是干气密封,干气密封的应用为乙烯装置提供了一个稳定、可预测的有效服务。干气密封的应用堪称乙烯装置压缩机密封的革命性进步。

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