加氢装置循环氢压缩机组干气密封泄漏量增大的原因及应对措施

第3期
图1 循环氢压缩机组干气密封流程
加氢装置循环氢压缩机组干气密封泄漏量增大
的原因及应对措施
孙立欣，刘文硕
（中石油大庆炼化公司， 黑龙江 大庆 163411）
[摘 要] 大庆炼化公司170万吨/年柴油加氢装置循环氢压缩机组是该装置核心转动设备，其稳定运转直接关系到柴油加氢装置的安全平稳长周期运行。

本文就柴油加氢装置今年检修开工以来发生的循环氢压缩机非驱动端干气密封泄漏量突然增大这一故障原因及为消除这一故障工况对循环氢压缩机组进行的操作调整进行了阐述和分析，为同类装置长周期安稳运行提供了有益经验。

[关键词] 柴油加氢；干气密封；循环氢压缩机；泄漏量
作者简介：孙立欣（1972—），男，山东沂水人，1992年毕业于
大庆石油学院化工机械与设备专业，学士学位，高级工程师，主要从事炼油化工企业设备管理工作。

加氢装置的循环氢压缩机起着保持反应系统氢气循环、维持反应系统氢分压、带走反应热以及控制反应床层温度，从而保证加氢反应顺利进行的重要作用，因此循环氢压缩机组是加氢装置中最核心的动力设备，它的运行可靠与否关系到加氢装置“安稳长满优”生产的关键。

大庆炼化公司170万吨/年柴油加氢装置自2014年10月开工运行以来，循环氢压缩机组一直运行平稳，但近期运行中多次出现入口侧非驱动端干气密封泄漏量升高达到报警值的工况，装置针对这一工况认真分析、采取可靠手段消除了故障工况。

现以这一故障为例，对此类典型故障加以分析并提出解决措施，为同类装置的长周期安稳运行提供有益经验。

1 柴油加氢装置循环氢压缩机组简介大庆炼化公司170万吨/年柴油加氢装置循环氢压缩机为沈阳鼓风机股份有限公司生产的BCL408型多级离心压缩机，八级叶轮，由杭汽生产的NG25/20型背压式汽轮机驱动，输送介质为循环氢，设计流量143244Nm 3/min ，设计进/出口压力为7.0/8.9MPa ，设计转速11920，进/出口温度为50/80℃，额定功率为1476kW 。

压缩机两侧轴端密封采用成都一通密封有限公司生产的BCL408（H1928）型干气密封，其流程如图1所示，干气密封结构为中间带梳齿的串联式结构，由两套结构相同的干气密封串联组成，
一级密封气介质来自机组出口的循环氢，二级密封气及隔离气介质来自外部管网的中压氮气。

机组正常运行时，轴端两侧干气密封一二级注入气的压力和流量平稳，操作员一般对干气密封的一级泄漏气流量进行进行重点关注，如果一级泄漏流量有持续或突然增加的现象，则预示着干气密封可能出现问题，一级泄漏气流量报警及联锁停机值见表1。

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名称高高报警值（联锁停机值）（Nm3/h）高报值（Nm3/h）正常值（Nm3/h）低报值（Nm3/h）一级泄漏气流量21.514.58.9 5.0
表1 一级泄漏气流量报警及联锁停机值
2 故障经过
大庆炼化公司170万吨/年柴油加氢装置自
2014年10月首次开工稳定后，循环氢压缩机组
运行稳定，机组转速9200-9500rpm，入口流量
130000Nm3/h，循环氢中氢气纯度为97%，进/出
口压力为6.5/7.1MPa，进/出口温度为50/70℃；一级密封气流量200~300Nm3/h，二级密封气流量3.5~4.0Nm3/h，驱动端一级泄漏气流量7Nm3/h，
非驱动端一级泄漏气流量8Nm3/h，机组位移、振动、轴瓦温度等其他运行参数均正常良好。

为提高产品附加值增加低凝柴油产量，在
2019年为柴油加氢装置反应系统新增了一台降凝
反应器，反应系统工艺改为加氢精制柴油+降凝组合技术，降凝反应器与原加氢精制柴油反应器串联运行。

装置在2019年9月下旬投用降凝反应器，由于降凝反应过程存在裂化反应和芳烃饱和反应，反应过程放热量增加很多，循环氢压缩机组原有工况发生急剧改变：机组进/出口温度达到67/88℃，循环氢中氢气纯度降至80%，入口流量增至180000Nm3/h，干气密封非驱动端（入口侧）一级密封气泄漏量超过报警值14.5Nm3/h，一级密封气分液罐的液位上涨，通过降低循氢机转速至7000rpm、调节空冷风机负荷，使循环氢压缩机进/出口温度降至61/83℃，干气密封非驱动端一级密封气泄漏量降至10Nm3/h，循环氢压缩机组维持运行。

2020年1月初，根据公司安排装置切除降凝
系统，调整为加氢精制柴油工况后，循环氢中氢气纯度升高到90%，非驱动端一级密封气泄漏量超过报警值达到15.2Nm3/h；此时以100rpm做为调整转速的最小值，缓慢将转速从7000rpm提升至8500rpm；在此过程中，非驱动端一级密封气泄漏量从15.2Nm3/h降至10.7Nm3/h，经24h运行后稳定在9.8Nm3/h，具体数据见表2及图2。

3 循环氢压缩机非驱动端干气密封一级泄漏气流量
大原因分析
(1)装置技术管理人员多次与仪表专业结合分
析是否存在测量仪表不准确、仪表卡件损坏等问题，经仪表专业反复检查测试后，排除了仪表测
时间
2020.01.08
转速
(rpm)
驱动端泄漏器
流量(Nm3/h)
非驱动端泄漏器
流量(Nm3/h) 9:1970208.59714.927
9:2371008.60414.759
9:2772008.60814.698
9:3073008.59714.759
9:2674008.54714.499
9:3875008.51614.415
9:4576008.37913.858
9:4877008.29113.53
9:5178008.24213.347
9:5579008.18113.162
9:5780008.14312.935
10:0081008.12712.828
10:0382008.08212.523
10:0683008.05912.233
10:0984008.05112.126
10:1285008.03612.034
10:1585008.02811.798
11:3285008.11211.004
12:0085008.07810.732
表2 转速和一级泄漏气流量对应表
图2 转速与一级泄漏气泄流量关系图
量、卡件损坏等方面的影响因素。

(2)装置在投用降凝反应器、按低凝柴油方案生产期间，由于存在裂化反应，循环氢中C1-C5组
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第3期
孙立欣等 加氢装置循环氢压缩机组干气密封泄漏量增大的原因及应对措施分增多，循环氢纯度下降，循环氢压缩机运行介
质分子量升高，气体质量变重，而且出入口温度等参数已与压缩机原设计运行参数相差很大，因此压缩机此时在7000rpm 左右远低于设计运行转速下运行时，出口压力即可达到装置运行需要，此时机组位移小、振动低，轴端干气密封泄漏量虽有过一次波动，但通过调节转速、入口温度的参数后，泄漏量随之降低进入稳定的工作状态。

但干气密封却不适合长期在较低转速下运行，非驱动端干气密封一级漏气量在之后的时间内逐渐增大，就是在干气密封在低转速运行期间密封副受到较低程度的但还未影响机组运行的损伤。

(3)由于循环氢压缩机组长期在7000rpm 转速运行，达不到8940rpm 的机组最低设计运行转速，对机组正常运行造成以下影响：①一级干气密封动压槽达不到设计的流体力学动压效应，因此一级干气密封密封副气膜刚度不够，造成一级密封气泄漏量增大；②机组出口压力与入口之间的差压达不到设计的0.6MPa ，机组转子向正方向（入口侧）不够，影响入口侧干气密封密封副间隙，使其间隙变大，超过了密封副气膜厚度3-5um 的设计值，造成一级密封气泄漏量增大。

(4)循环氢氢气纯度只有80%，其中含有硫化物、油滴、水滴等对干气密封运行有害的成分，造成干气密封在运行期间产生腐蚀或硬损伤。

4 解决措施
根据循环氢压缩机组入口侧非驱动端干气密
封一级密封气泄漏量升高这一问题，对柴油加氢装置采取以下措施解决：
(1)将机组转速由7000rpm 升高至9050rpm 。

(2)根据装置操作情况，适当提高反应系统压力至6.7MPa ，并严格维持反应系统压力在6.7±0.1MPa 这一区间。

(3)严格控制循环氢纯度≥90%、入口温度≯57℃、出口温度≯75℃。

5 结束语
采取以上措施后，循氢机组入口侧非驱动端干气密封一级密封气泄漏量稳定保持在9.5-10.5Nm 3/h 之间，满足了机组长期运行条件。

同时考虑到非驱动端干气密封可能已出现轻微损伤，因此提醒操作人员密切关注干气密封一级密封气泄漏量的变化，一旦出现大的波动，应立即对机组转速做出相应调整，如果无效应立即紧急停机，避免机组出现安全运行方面的事故。

◆参考文献
[1] 李大东，聂红，孙丽丽. 加氢处理工艺与工程[M].北京：中国石化出版社，2016.
[2] 朱华兴，张立新. 炼油技术与工程（加氢专辑）[M].北京：中国石化出版社，2010.
[3] 韩捷，张瑞林，等. 旋转机械故障机理及诊断技术[M].北京：机械工业出版社，1997.
收稿日期：2020-10-10；修回日期：2021-02-05。