马昌岳，宋秉川

（大连西太平洋石油化工有限公司，辽宁大连 116610）

0 引言

某加氢裂化装置液力透平设备位号HT-1101，为能量回收设备，是将热高分液相流体中的压力能转换为机械能的动设备。热高分的液相物流通过液控阀B 和切断阀进入液力透平，回收能量后进入热低压分离器；当液力透平故障时，热高分液相经控制阀A 降压后进入热低分，保障装置反应系统的正常运行。液力透平回收的能量用于驱动高压进料泵，透平正常运行时可以大幅降低高压进料泵电机的运行功率，是加氢装置重要的节能设备。液力透平各项参数：入口压力14.94 MPa；出口压力2.85 MPa；工作温度288 ℃；密度648 kg/m3；转速5136 r/min；密封腔压力2.85 MPa；介质为热高分油气，如蜡油、柴油、H2、H2S 等。

1 密封初始配置

液力透平输送介质为易燃、易爆、有毒的液相介质，根据API682 的要求，原设计选用的密封为约翰-克兰公司的加压双端面机械密封，冲洗方案选用的PLAN53B（图1），阻封液正常操作压力维持在3.0 MPa，阻封液循环经过翅片进行散热冷却。液力透平运行后，由于转速高、密封释放热量大，阻封液冷却效果差，导致密封液膜出现汽化，密封很快出现失效泄漏，致使双端面密封在液力透平上使用失败。

图1 冲洗方案PLAN53B

2 密封改造

2.1 密封方案的选择

随着国家对安全环保要求的提高和炼化行业竞争形势的加剧，对加氢裂化液力透平进行双端面密封改造，成为公司一项节能降耗的技术攻关。

近年来，由于干气密封技术的进步，干气密封已经在液态烃等介质泵上成功使用，并且达到了很好的使用效果，干气密封的结构应用于高压、高转速工况可以达到更好的密封效果，因此非接触式的干气密封更适合在加氢裂化液力透平上使用。

经过调研与论证，确定使用带中间梳齿的串联式结构、由一套双端面加压密封及一套单端面密封串联组成的干气密封方案，即主密封为双端面密封、辅助密封为单端面密封。API 冲洗方案选用PLAN32+74+72+76。热高分油的温度为288 ℃，为避免因高温静密封出现故障，密封圈选用材料全氟醚橡胶（FFKM5），全氟醚橡胶耐热温度为290 ℃；动静环材料选用SiC/C，SiC 和石墨的耐热温度为480 ℃，密封圈及动静环材料的选择满足温度使用要求。

2.2 冲洗方案的确定

干气密封冲洗方案选用PLAN32+74+72+76（图2）。

图2 干气密封流程

（1）冲洗方案PLAN32。即为密封提供具有较低蒸汽压力或能够在一定程度上提供密封压力的冲洗液，并且密封冲洗液从密封腔进入到介质内后，必须与被输送的介质相容。根据加氢裂化装置的工艺条件，确定选用压力至少3.0 MPa 的蜡油进行洗油，由于冲洗油压力要求比较高，现场无法直接提供冲洗油，为解决冲洗油来源，初步考虑两种方案：①增加1 台低流量、高扬程的旋喷泵，单独为液力透平密封提供外冲洗油；②利用装置洁净的反应系统二级进料（反应器未转化油，压力20.0 MPa，温度300 ℃），经降温、减压之后，直接对密封进行外冲洗。为减少投资和施工作业风险，决定将反应系统二级进料作为冲洗油，经过核算，增加1 台冷却器和15 级孔径为Φ3 mm 的降压孔板，将反应系统二级进料降温至100 ℃，压力降至3.2 MPa，来满足密封PLAN32 冲洗方案的要求。

（2）冲洗方案PLAN74（图3）。通常用于双端面加压密封，密封气压力一般高于密封腔压力，用于可靠性要求非常高的工况，以防止密封承受反压或其他可能导致密封失效的介质进入密封端面。液力透平密封腔压力为2.85 MPa，一二级密封为主密封，密封端面为面对面布置，所需一级主密封气压力至少为3.2 MPa，主密封气通常选用为洁净的氮气，由于现场工艺条件所限，装置内无法提供如此高压力的氮气。综合考虑之后，决定选用洁净的氢气，经新氢压缩机一级压缩后，氢气压力为4.4 MPa，再经分液和减压，将氢气压力控制在3.5 MPa 作为主密封气，调节主密封气流量保持在3.0 Nm3/h 进入到密封一级和二级密封端面，维持端面气膜刚度。

图3 冲洗方案PLAN74

（3）冲洗方案PLAN72+76（图4）。阻封气用于把主密封泄漏的介质从外部密封带入到收集系统，以便减少主密封介质进入到大气中。辅助密封所用二级密封气为0.6 MPa 氮气，通过流量计前的针型阀，调节二级密封氮气用量维持在5.0 Nm3/h，用于将主密封的二级密封泄漏的氢气带入到火炬系统，同时监测二级密封的运行情况。

图4 冲洗方案PLAN72+76

2.3 密封监控配置

由于液力透平输送易燃、易爆介质，为保障液力透平密封运行的可靠性和安全性，将干气密封运行参数与液力透平入口切断阀相关联，设置联锁保护。

（1）主密封气压力监控。主密封气（经过滤的氢气，过滤精度≤1 μm）在干气密封运行的每个阶段都应该保证压力≥3.2 MPa，一旦压力低于3.2 MPa，将会出现干气密封窜入液体的风险，无法满足干气密封的安全运行，液力透平入口切断阀联锁关闭。

（2）泄漏气流量监控。主密封的二级泄漏气正常运行时与二级密封氮气流量一致，调整二级密封氮气在5.0 Nm3/h，一旦二级密封出现泄漏，泄漏气流量将会增大，当泄漏气流量增大至16.0 Nm3/h 时，液力透平入口切断阀联锁关闭，将液力透平快速停下。

（3）泄漏气压力监控。二级密封出现泄漏时，泄漏气流量和压力都会升高，为避免泄漏的氢气倒窜入二级密封氮气内，设置了泄漏气压力高联锁关闭二级氮气切断阀，防止氢气窜入氮气管网系统。

3 操作注意事项

液力透平干气密封，被阻封介质为热高分油等液相，所用主密封气为氢气，二级密封气为氮气，在开停机过程中及日常维护中，需注意以下事项。

3.1 开停车时的注意事项

液力透平开车时，先投用PLAN74 方案的主密封气，再用介质对透平内部进行灌注和排气，打通透平出入口流程后，投PLAN32 方案的外冲洗液，最后投用PLAN72+76 方案的二级密封氮气和放火炬。

液力透平停车时，先关闭外冲洗液，再将液力透平出入口阀关闭，将透平内部泄压，关闭二级密封气，最后关闭主密封气。

3.2 日常维护注意事项

每天巡检记录主密封气进气流量和压力、泄漏气流量和压力，外冲洗油压力；对主密封气过滤器每天巡检两次，当发现过滤器前后压差达到100 kPa 时，应及时切换到备用过滤器，将已堵过滤器滤芯进行更换，使之处于备用。关注主密封气分液罐液位，一旦出现高液位及时进行排液。

4 结论

加氢裂化装置液力透平干气密封的成功使用，在双端面密封的使用上，克服了密封线速高、温度高、密封腔压力高的难题，同时为装置运行带来了安全和经济效益：①为加氢装置热高分的液位增加一路控制措施，避免单路液位控制一旦出现故障，热高分液位满罐导致加氢裂化停工的风险；②降低反应系统高压进料泵的电机功率，实际回收功率达到1000 kW，电费按0.5元/kW·h 计，每年可节约电费400 万元。