干气密封在UNIPOL聚丙烯工艺循环气压缩机上的应用

２０１１年第２５期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　０机械与电子０　科技信息　干气密封在ＵＮＩＰＯＬ聚丙烯工艺　循环气压缩机上的应用　张玉杰　（神华包头煤化工分公司　内蒙古包头０１４０１０）　【摘要】简要介绍了干气密封的结构特点和原理，介绍了ＵＮＩＰＯＬ聚丙烯工艺中循环气压缩机上干气密封的结构特点及应用状况、运行　注意事项　【关键词】干气密封；循环气压缩机；应用　Ｄｒｙ　Ｇａｓ　Ｓｅａｌ　Ｕｓｅｄ　ｉｎ　Ｕｎｉｐｏｌ　Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　Ｐｌａｎｔ　Ｃｙｃｌｅ　Ｇａｓ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ－ｊｉｅ　（Ｓｈｅｎｈｕａ　Ｂａｏｔｏｕ　Ｃｏａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｂａｏｔｏｕ　Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ，０１４０１０，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｂｒｉｅｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　ｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｄｒｙ　ｇａｓ　ｓｅａｌ，ｔｈｅ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｒｙ　ｇａｓ　ｓｅｌａ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ＵＮＩＰＯＬ　ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ　ｐｌａｎｔ　ｃｙｃｌｅ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｎｅｅｄ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｄｒｙ　ｇａｓ　ｓｅａｌ；Ｃｙｃｌｅ　ｇａｓ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；Ｕｓａｇｅ　０概述　美国ＤＯＷ化学公司ＵＮＩＰＯＬ气相流化床聚丙烯工艺是用气相法　生产聚丙烯树脂，具有设备少、操作简单等优点。其工艺核心反应区包　括气相流化床、循环气压缩机和循环气冷却器，其中循环气压缩机是　使反应器床层流化的关键设备　循环气压缩机的正常运行是保证反应　器床层流化的火键．也是保证生产正常进行的关键，循环气压缩机停　车将会使反应停止装置停车　循环气　缩机的轴端密封采用干气密封．干气密封具有运行周期　长、性能可靠、故障率低和操作简单等特点。如果干气密封损坏将造成　压缩机停　．从而导致装置停工．而且干气密封的更换时间长对效益　影响较大．　此ｆｊ气密封的运行状况对生产影响较大．需要平时精心　维护保养　１　干气密封的结构和原理　１．１　卜气密封的　小结构　用于离心　缩机的于气密封．其结构和普通泵用机械密封基本相　同…，也有静环、动环、弹簧以及辅助密封圈和轴套组成日。气密封的形　式Ｉ　睛单端面　密封、串联式干气密封、中间带迷宫的串联密封、双　端面并联密封　相连构成．密封气体采用工艺介质本身．通常采用两级结构。一级为主　密封承担全部或大部分负荷．另一级为备用密封不承受或承受小部分　压力降．主密封失效时．二级密封可以起到辅助安全密封的作用，保证　工艺介质不会大量向大气泄漏．多用于危险场合　１．１．４中间带迷宫的串联密封（见图１）不允许工艺介质泄漏到大气　中且也不允许缓冲气泄漏到工艺介质中　该结构用于易燃、易爆、危险　性大的介质气体．可以做到完全无外漏。该结构所用气体除用工艺气　本身以外．还需另引一路氮气作为第二级密封的使用气体　通过主密　封泄漏出的工艺气体被氮气全部引入火炬燃烧。而通过二级密封漏人　大气的全部为氮气　当主密封失效时．第二级密封同样起到辅助安全　密封的作用。　１．２干气密封的原理　干气密封是一种密封全部工艺气体的非接触式端面密封，该密封　包括轴向浮动的碳化物环一静环．和旋转环一动环。如图２所示，旋转　环密封面的外径部位刻有深约２．５～ｌＯｐ￣ｍ的槽．槽的下面和槽之间分　别是被称为密封坝和密封堰的光滑区域　在处于静止状态和机组未升　压时．静环背后的弹簧使其与动环接触．当机组升压时，气体所产生的　静压力将使得两个环分开并形成极薄的气膜（约３一ｌＯＩｘｍ），这问隙允　许少量的密封气泄漏　端　图２干气密封动环结构图　图１　中间带迷宫的串联干气密封结构图　１．１　１单端面ｒ√　密封只有一个密封面，安全性较差，适用于允许有　少量Ｔ艺气体泄漏到火气中的无危害气体。　１．１．２双端面并联　封的两个端面并列布置，两个静环在外侧，安全　性较单端面钉所提高．多用于压力１８ｂａｒ以下。双端面并联密封适用　于允许少量阻封气进入　Ｉ：艺介质中的情况，两组密封之间通人氮气作　阻塞气体．控制氮气　力高于工艺气压力使密封气泄漏方向分别朝着　ｒ艺气和大气．从而保证　艺气不向大气侧泄漏。　１．１．３串联式ⅢＦ气密封可看作是多套干气密封按照相同的方向首尾　当机组开始旋转时．动环组件随着旋转．动环上螺旋槽里的作气　体被剪切把气体向密封坝泵送．产生动压力，密封堰对气体的流出有　抑制作用．使得气体流动受阻．气体压力从外径向内径增加，靠近槽的　根部产生高压区域．升高的压力将挠性安装的静环与配对的动环分　开　如图３所示．当弹簧力和气体的静压力Ｆｃ与槽和密封坝的流体动　力Ｆｏ相等时．密封面之间形成稳定的气膜密封工艺气体，流经密封面　的密封气同时也起到了冷却机封的作用，这样动静环互不接触，并且　气膜具有良好的弹性，即气膜刚度。当间隙减小时，流体动力学作用使　得端面之间的开启力迅速增加大于闭合力，由于静环两侧力不平衡推　动静环使间隙扩大。当动静环之间的间隙增大时，导致开启力大于闭　合力．闭合力将推动静环使间隙减少。　干气密封的密封面之间在运行时有非常小的间隙，密封气流过陔　间隙　密封面之间的微小间隙要求密封气中不能含有直径超过间隙的　颗粒．也不能含有液体，干气密封控制盘的特点是具有过滤装置、除湿　科技信息　０机械与电子０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第２５期　装置．提供高清洁度的气体以延长密封面的寿命，并防止静环背面堆　积污染物。干气密封主密封腔的压力应高于近进气压力，确保密封腔　内清洁环境。由于主密封腔与工艺腔有压差，对于串联式结构密封气　流经密封后进人压缩机，只有一小部分密封气流经两个密封面之间成　压火炬管网　干气密封正常运行时，一二级排放线上的现场流量计显　示的是二级密封气的泄漏量．如果干气密封一级密封面损坏出现泄　漏．那么排放线上的流量计流量将增大　一级密封气向二级泄漏量增　加将导致排放线内压力增加，若排放线上的三个压力传感器中的两个　为泄漏气。　酋面　田舟力　：芷　瞄　并＿办　鲫●膏－－＿由＋舟■身蔓●ｚ●－－—ｌ’一ｔ矗廿膏　图３千气密封力学原理图　２循环气压缩机干气密封的结构和操作　２．１结构特点　循环气压缩机干气密封的动环结构如图４所示．其结构为燕尾形　槽．这种结构属于双向螺旋槽。单旋向与双旋向槽型干气密封的区别　为：单旋向槽型只可使用于单向旋转的转动设备．在要求的旋向下才　可产生开启力．如反转则产生负的开启力而可能导致密封的损坏．单　旋向的干气密封旋转时气膜刚度大．抗干扰能力强：双旋向的螺旋槽　可保证机组出现反转时．干气密封密封面无损坏．但与单旋向槽型相　比气膜刚度较小．稳定性和抗干扰能力较差　图４压缩机干气密封动环结构图　循环气压缩机采用中间带迷宫的串联密封．这种结构允许一级缓　冲气向工艺侧存在一定流量泄漏。一级缓冲气正常生产时使用气态丙　烯．开工初期或丙烯系统有问题时使用高压精制氮气：二级缓冲气和　隔离气为普通过滤氮气　一级缓冲气的作用是防止工艺气体中的粉尘　进入干气密封：二级缓冲气的作用是防止一级密封端面泄漏过来的介　质气体进入二级密封：隔离气的作用是防止轴承侧的润滑油进入干气　密封。　２．２操作及控制　２．２．１流程及控制　干气密封的流程如图５所示．密封的控制分为四个部分：一级密　封气供给；一级密封气排放：二级密封气供给；隔离气供给。　正常生产时．一级密封气气源采用反应工艺气丙烯。液态丙烯经　过丙烯蒸发器气化后压力达到４．３ＭＰａ以上．气体流量为５００Ｎｍ３／ｈｒ。　气态丙烯由ｃ处进入干气密封控制台．经过高压精细过滤器去除气体　中９９．９９％的粒径在０．１Ｉｘｍ以上的颗粒．并且通过聚结原理去除丙烯　气中的液体．液体由过滤器的排液罐排入高压火炬管网．若过滤器的　压差超过Ｏ．０７ＭＰａ将导致过滤器压差高报警．丙烯气流量由调节阀控　制在额定范围内　在非正常生产和装置开工进丙烯之前．一级密封气气源采用高压　精制氮气．高压精制氮气由装置中的氮气压缩机提供．氮气压缩机将　公用管网中的氮气压缩至４．５ＭＰａ．氮气流量４００Ｎｍ３／ｈｒ．由Ｂ进入干　气密封控制台　若干气密封一级密封气停止将导致压缩机停车进而导　致装置停工．为保证干气密封连续正常运行．一级密封气可在高压氮　气和丙烯气两种气体之间自动切换．如果正在使用的一级密封气流量　低于２４５　Ｎｍ　时．干气密封的控制联锁将自动切换到另一种气体。　如果两种气体流量都低于联锁值时．联锁将控制阀门在两种气体之间　来回切换，当切换一定次数后将造成机组联锁停车　一级密封气的作用是防止压缩机工艺气体中的颗粒进入干气密　封损坏密封面，由于一级密封气压力高于压缩机内工艺气压力．因此　一级密封气流入压缩机内与工艺气混合。正常情况下干气密封一级密　封气向二级侧泄漏量极少，一级密封气与二级密封气共同由Ｅ排人低　传感器显示压力超过３Ｈ报警值时．机组将联锁停车，这时应更换干　气密封。　二级密封气和隔离气使用公用工程管网０．６ＭＰａ、常温氮气．氮气　由Ｃ进入控制台．经过过滤器精滤后去除氮气中９３％的粒径０．１ｌｘｍ　以上的颗粒．若过滤器的压差超过０．０７ＭＰａ将导致过滤器压差高报　警　过滤后的精制氮气被分成两路，一路进入干气密封二级密封腔；另　一路进入密封隔离气腔。二级密封气的流量通过现场指针流量计手动　控制在９．３Ｎｍ３／ｈ．隔离气的流量控制在１０．７　Ｎｍ３／ｈ。二级密封气排放线　与一级密封气排放线在干气密封出口并为一股Ｅ，通过排放线现场流　量计可观察一二级密封气泄漏量变化．干气密封正常运行时一级密封　气的泄漏量极小．现场流量计很难测出一级的泄漏量，二级密封气的　泄漏量一般在５．０　Ｎｍ％左右．如果机组运行中发现流量计指示不断　增大说明一级密封气有可能泄漏进人二级密封。　隔离气经减压阀减压至０．３４ＭＰａ后进入干气密封隔离腔，循环气　压缩机的润滑油总管压力在０．１ＭＰａ左右。隔离气压力高于机组轴承　润滑油压力．这样有效地防止了轴承润滑油进入干气密封而损坏密封　面．隔离气排放线Ｄ置于现场安全位置降隔离气排放于大气中。　Ａ　Ｂ　Ｃ　图５压缩机干气密封流程控制图　２．２．２干气密封操作方法　聚丙烯开工时．要先启动循环气压缩机使反应器内床层流化，在　启动循环气压缩机之前要先投用干气密封，液态丙烯未引入装置前应　先选择高压精制氮气作为一级密封气气源，将高压精制氮气和公用管　网氮气引至干气密封控制台人口阀前。干气密封投用前先打开所有仪　表取压阀．打开各级密封气的入口阀门。　将一级密封气引入控制台，打开一、二级密封气的排火炬线阀门；　打开过滤器底部阀门向排液罐排液．排液后打开排液罐排火炬线阀　门．排火炬后关闭上述阀门；缓慢打开一级密封气过滤器前后切断阀；　通过管路上的调节阀调节一级密封气的流量至正常范围。一级密封气　投用后应仔细检查一级密封气的压力和流量是否正常；检查过滤器压　差是否正常．若过滤器压差超过Ｏ．０７ＭＰａ应切换至备用过滤器，并更　换压差高的过滤器滤芯。　二级密封气和隔离气投用时．应根据现场流量计手动调节二级密　封气和隔离气的流量至正常值；通过管路上的减压阀调节隔离气的压　力．打开隔离气现场放空阀门；投用二级密封气和隔离气过滤器。二级　密封气和隔离气投用后．检查二级密封气和隔离气的压力和流量是否　正常：检查过滤器压差．若过滤器压差超过Ｏ．０７ＭＰａ应更换过滤器滤　芯。　液态丙烯引人装置通过丙烯蒸发器转变为气态丙烯，一级密封气　由高压精制氮气手动切换至气态丙烯，调节现场调节阀使丙烯气的流　量至正常范围．再将一级密封气切换联锁投自动。　２－３干气密封的维护　干气密封设计的适用范围较宽，正常情况下不需要维护。一般应　每天观察密封泄漏量．泄漏量如有增加的趋势，可能预示着密封有失　效的可能．通常应注意以下几点：　２．３．１　确保缓冲气体的流量及压力稳定．维持密封气源的稳定性和不　间断性是干气密封正常运行的基本条件　２．３．２避免密封的负压操作，串联式密封可能引起密（下转第５５页）　９１　科技信息　０科教前沿０　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第２５期　３创新点　李曙华教授在《从系统论到混沌学》的专著中，提出信息方法一　说．认为对于任何系统，由于信息的流动，特别是反馈信息的存在，才　能够使系统按照预定目标实施控制；这在军事战略学中被重点关注。　其次。两个系统的相互联系必须通过信息通道进行信息交换，战争一　般在二体中进行．动态地信息交换是战争进行的关键，否则，象遗失的　第九军团一样．销声匿迹了．战争也就不存在了。第三，接收信息和使　用信息的过程，就是适应外部环境偶然性变化的过程。这一条是对第　二条的深化．对信息的运作．其实就是在保存自己，控制对手，从而，适　应环境．如若信息闭塞，生命体不能保障，就不是适应环境，而是被环　境所淘汰。信息方法的提出，直面战争对策，为抽象出方法论原则，提　供了形而下的工具。　对信息化军事研究的启发最为称奇的地方莫过于作者对空集的　思考，贯通中西。　李曙华教授认为：芒德勃罗的空集与老子的有无相生。二者互相　【参考文献ｌ　对称．异曲同工。如果说芒德勃罗的分数维数创立了分形理论的话．那　［１］李曙华．从系统论到混沌学．广西：广西师范大学，２００２．　么他扩展负维数则揭示了一个潜在的世界，负维数非但不是无意义．　［２］苗东升．系统科学精要．北京：中国人民大学出版社。１９９８．　而且意义非凡．并给出了数学的解释：空集为不相交，空集的维度（量　［３］魏宏森系统论：系统科学哲学．北京：世界图书出版公司，２９０９　度）即负分维，如果说正分维对应可观物质世界，那么负维数其实对应　［４］吴义生．系统科学概论．北京：中共中央党校出版社．１９９６．　了狄拉克的反物质粒子．据此推断真空是一个负能态填满的量子场．　［５］谭璐．系统科学导论．北京：北京师范大学出版社，２０１０．　［６］常绍舜．系统科学方法概论．中国政法大学出版社．２００４．　原来真空不空！负维数也对应了分形中的生长空间，著者赋予了其生　北京：社会科学文献出版社。２００９．　长的信息特点．时间信息即是生长本身．是对空间节律的转换。负分维　［７］刘长林．中国系统思维．朴长根．系统科学基础．上海：上海辞书出版社．２００５．　破除了以太假说。更确切地解释了空间与生长的关系和状态。回到中　［８］［９］许国志．系统科学上海：上海科技教育出版社额，２０００．　国．老子纯粹从思辨的角度解读宇宙。也展现了天才的光芒，二者不谋　［１Ｏ］沈禄赓．系统科学概要．北京：北京广播学院出版社．２０００．　而合。老子认为自然：“天下万物生于有．有生于无。”“道生一，一生二．　［１１］钱学森．系统科学方法论导论．北京：人民出版社，１９８３．　二生三．三生万物”．以此假说宇宙形成．绝对不逊色于现代的西方天　［１２］陕１维纳．控制论．北京：科学出版社．１９８５．　文科学家的论断：老子进一步阐发．“道常无为，而无不为。”打通社会　［１３］［苏１茹科夫．控制论的哲学原理．上海：上海译文出版社，１９８１．　与自然为一体．更有略胜西方一筹的意味。如果说西方系统论中的空　［１４］哈肯．信息与自组织．郭治安译成都：四川教育出版社．１９８８．　集和反物质，展示了科技之光．令人信服和钦佩，那么老子的有无相生　理论则是大彻大悟，充满智慧，令人心生崇敬和神圣之感。　作者简介：李湘德，解放军理工大学理学院社科系马原教研室，南京大学在　　战争中避实击虚，瞒天过海，兵不厌诈，已成为不可撼动的信条．　读博士。中国早期的系统论思想．尽管没有科学基础．但是照旧指挥千军万马．　［责任编辑：曹明明］　运筹帷幄，决胜于千里之外。现在走向信息时代，如赋予现代科学因　素．将更使古老的系统智慧。如虎添翼．战无不胜。　谭璐在《系统科学导论》中则把信息方法工具进一步细化：先进行　抽象，摈除物质和能量，然后进行定性和定量分析，建立信息模型。依　据模型，揭示原型，再进行预测。谭璐的细化方法，系统而周全，逻辑严　密，完全符合军事工程建设的需要。现在的军事科研，基本上是按照上　述思路进行的　清华大学魏宏森教授关注反馈对系统的作用，在《系统论》（中国　出版集团，２００９）中阐明，任何系统，可能反馈回路不尽相同，但都是信　息通道，通过正负反馈。促使系统创新或稳定。魏宏森教授论证系统信　息．涉及面宽广。思路开阔。但是在系统利用信息的客观目的究竟是有　序还是无序上，未做结论。而这一点．在战争趋势预测中，是非常重要。　这些关于信息的重要理论有的可以类比进军事系统研究．有的则　直接来源于军事系统。给军事系统带来全新视角．笔者将另文深入探　索。　（上接第９１页）封被未净化的工艺气污染而很快失效。　２．３．３随时监控密封泄漏量的变化情况．泄漏量的变化直接反映出于　气密封的运行状态。只要泄漏量不持续上升，则认为密封运行正常．但　如泄漏量出现不断上升的趋势．则预示着干气密封出现了故障。　２．３．４过滤器压差达到报警值时应及时切换过滤器，并更换滤芯。　２．３．５密封气、隔离气要在润滑油供应前ｌＯｍｉｎ投用，在润滑油系统　停止ｌＯｍｉｎ后方可切断隔离气　润滑油系统开始运行后．隔离气不能　停止．避免润滑油进入干气密封内污染密封面。这种状况下运行极易　造成密封面的损坏　２．３．６投用过滤器时应缓慢打开过滤器的前后切断阀．防止阀门打开　过快对过滤器滤芯造成压力冲击损坏过滤器滤芯　更换过滤器滤芯　时．应首先投用备用过滤器．然后关闭需要更换滤芯过滤器的前后切　断阀．打开过滤器底部排液阀和排液罐的排高压火炬阀．将过滤器内　的压力泄掉．并打开过滤器顶部的丝堵将过滤器内的残压放净后再更　换滤芯。　液。　温度冷却下来，润滑油应再运行一段时间，这样可能造成润滑油进入　干气密封。由于循环气压缩机的润滑油总管压力较低，润滑油可能不　会进入干气密封或进入很少．因此在密封气恢复后应至少吹扫干气密　封２小时以上再投用润滑油。　３结束语　干气密封在聚丙烯循环气压缩机上的应用是成功的．由于压缩机　工艺气中含有较小的颗粒和粉尘．因此干气密封的…级密封气设计为　向工艺介质侧保持一定的流量．这对防止颗粒进入干气密封而损坏密　封面起到了很好的作用，保证了干气密封的密封效果。ｅ　【参考文献】　［１］徐祥发，沈兆乾．机械密封手册ｆＭ］．南京：东南大学出版社，１９９０，１０．　［２］陈德才，崔德容．机械密封设计制造与使用［Ｍ１．北京：机械工业出版社，１９９３，４．　［３］胡云，李志超，许健．干气密封在甲醇合成气压缩机中的应用叨．，Ｊ、氮肥，２００８　３６　９）：９－１２．　２．３．７定期检查一级密封气过滤器排液罐是否有液．并打开排液阀排　（２．３．８严禁机组运转过程中停止密封气的供给，因为密封气的中断会　工作。　导致密封面干磨，很短时间内密封就会烧坏。另外采用丙烯气作为密　封气时要注意密封气的脱液。防止液滴进入密封面破坏密封　２．３．９当密封气和隔离气突停时机组将联锁停车，这时为了将轴承的　作者简介：张玉杰（１９７４一），工程师，硕士研究生，长期从事设备技术管理　［责任编辑：常鹏飞］