符君，李飞，陈武东
（海洋石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］海洋石油富岛有限公司520 kt/a尿素装置CO2压缩机组为汽轮机驱动的离心式压缩机（一开无备），自1996年10月投运以来，CO2压缩机（两缸四段、三级水冷）高压缸三段入口侧干气密封（为约翰克兰T28XP型单级干气密封，其气源为高压缸三段出口热CO2气）先后于2012年11月、2015年4月、2018年8月发生过3次泄漏事件，相应进行了3次优化改进，机组长期处于监控运行状态。基于3次泄漏事故现象及干气密封检修/拆解报告进行综合分析，认为低温CO2密封气含水汽且水汽带来的酸性腐蚀是导致干气密封泄漏的主要原因，并总结了干气密封的运行维护经验。第3次优化改进（密封腔增设排液管、增设蒸汽伴热系统）后，消除了水分和金属腐蚀产物，最新改进的干气密封自2018年9月投用以来，运行状况良好，未出现过泄漏。
［关键词］CO2压缩机；干气密封泄漏；密封气一级排放管压力；运行维护；拆解报告；原因分析；优化改进
［中图分类号］TH452 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0053-05
0 引 言
海洋石油富岛有限公司化肥一期520 kt/a尿素装置（简称富岛一期尿素装置）采用斯纳姆氨汽提工艺（造粒系统采用挪威海德鲁流化床大颗粒造粒工艺），于1996年10月投产，总体运行情况较好。其CO2压缩机组（一开无备）为汽轮机驱动的离心式压缩机，为两缸四段（低压缸为一段、二段，高压缸为三段、四段，设计压缩机入口压力0.05 MPa、出口压力15.7 MPa）、三级水冷结构，由汽轮机、低压缸、增速箱、高压缸组成，低压缸和高压缸轴端密封分别采用迷宫密封和干气密封。自尿素装置投运以来，CO2压缩机高压缸三段入口侧干气密封先后3次出现泄漏，机组长期处于监控运行状态，安全运行风险高；3次检修更换干气密封过程中发现，干气密封存在动/静密封环磨损严重、静环弹簧断裂、密封腔室存在积液和铁锈等问题。为此，基于干气封的结构和工作原理，总结干气密封泄漏现象，对比干气密封拆解故障特征，分析与推断泄漏原因，分阶段实施了一系列优化改进，在解决问题的同时也查明了干气密封泄漏的真正原因，对类似场景及业内解决同类问题有一定的参考与借鉴意义。以下对有关情况作一介绍。
1 干气密封系统简介
1.1 干气密封结构及工作原理
富岛一期尿素装置CO2压缩机高压缸采用的是约翰克兰T28XP型单级干气密封，动环为单螺旋槽结构，单向旋转；转子转动时，气体进入螺旋槽与密封堰之间，形成一定刚度的气膜将密封面撑开，由此形成轴端密封——此过程中，弹簧和密封气产生的流体静压力为闭合力，气膜压力为开口力，这2种力达到动态平衡，使动/静环保持分开不接触[1]。
1.2 干气密封系统工艺流程简介
干气密封系统流程示意如图1。干气密封气源为高压缸三段出口热CO2气（未设置其他临时气源或缓冲气源）——密封气分2路进入高压缸，第一路热CO2经过滤器进入高压缸四段侧轴端密封第一级腔室，与泄漏气体混合后经平衡管流入三段入口；第二路热CO2经过滤器、限流孔板进入干气密封腔室，孔板设置压力调节阀和截止阀旁路。高压缸缸体设置平衡管线，平衡两端轴封泄漏气压力[2]。正常生产时，压力调节阀关闭，密封气由限流孔板管线供应；大部分密封气经迷宫密封返回至缸体内，阻止缸体内气体外漏；少量密封气经动/静环密封面泄漏至一级/二级排放腔室然后排入大气，一级排放管（一级放空管）上安装有孔板，并设置有泄漏气压力高报警开关以检测干气密封是否出现泄漏。一级/二级排放腔室的液体通过带孔板的底部排放管线排入润滑油系统回油总管。
2 CO2压缩机干气密封泄漏事件与运行维护
富岛一期尿素装置CO2压缩机高压缸三段入口侧干气密封先后出现过3次泄漏事件，分别发生在2012年11月、2015年4月、2018年8月，高压缸长期处于监控运行状态，密封气一级排放管压力随运行时间延长呈现不同的曲线上涨趋势，具体情况如下。
2.1 第1次泄漏事件与运行维护
2012年11月6日，在某次尿素装置断电恢复开车几天后，CO2压缩机干气密封出现泄漏，当时密封气一级排放管压力涨至0.07 MPa（指标为0 MPa）、二级排放管压力为0。经与干气密封厂家沟通，认为机组各运行参数无异常变化，机组可以监控运行，择机检修。监控运行初期，密封气一级排放管压力呈缓慢线性上涨——至2013年7月9日，一级排放管压力涨至0.6 MPa，之后上涨速率加快，2013年7月25日压力涨至0.8 MPa；至2013年8月13日尿素装置计划大修停车前，密封气一级排放管压力已涨至1.20 MPa，润滑油回油总管压力也因此稍微上涨。期间，CO2压缩机组分别于2013年的4月11日、4月14日、6月25日经历了紧急停机；机组监护运行的9个月内，机组振动、轴位移、轴温等无异常变化，润滑油酸值由正常的0.06 mgKOH/g涨至0.20 mgKOH/g。
CO2压缩机组监护运行期间，实施了如下排查及优化措施：① 检查密封气过滤器，未见异常；② 解体检查密封气调节阀，发现调节阀阀体、阀座和连接法兰腐蚀严重，调节阀内积垢严重；③ 泄漏气压力达0.8 MPa后，因CO2放空管与润滑油总管相连，为避免CO2气污染润滑油，在压力表处增加了泄压设施；④ 尝试增大密封气压差，但轴位移随之增大，故未执行，维持密封气压差在设计值，并尝试手动开大密封气副线阀，发现一级排放管压力未上涨，但二级放空管排放量明显增加、轴承箱回油管压力增大，机组润滑油系统出现回油不畅现象；⑤ 每月分析润滑油酸值和水分，监控润滑油回油管压力，并监控油气放空管，若出现喷油现象，CO2压缩机组立即手动停车。
2.2 第2次泄漏事件与运行维护
2015年4月27日，CO2压缩机干气密封在机组重启运行49 d后出现泄漏，当时密封气一级排放管压力涨至0.12 MPa、二级排放管压力为0，机组监护运行；监护运行期间，放空管压力随机组运行时间延长呈线性上涨——至2016年2月29日尿素装置停车检修前，一级排放管压力达0.85 MPa。期间，CO2压缩机组分别于2015年4月29日、2015年5月18日、2015年6月23日、2016年1月26日经历了4次紧急停机；机组监护运行的11个月内，机组振动、轴位移、轴温等无异常变化；2015年11月26日—2016年1月24日，由于气温低，CO2压缩机三段出口压力较高，泄漏气压力上涨速率加快，气温升高后泄漏气压力下降了0.1 MPa，其上涨速率也恢复如前。期间CO2压缩机监控运行措施与干气密封第1次泄漏事件发生后的相同，并利用4次紧急停机机会检查了密封气一级排放管之孔板，未见堵塞。
2.3 第3次泄漏事件与运行维护
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期