【壓縮機網(wǎng)】某天然氣長(cháng)輸管道增壓站壓縮機組國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統全部采用國產(chǎn)化設備，本文針對該項目機組流量大、功率高，工況變化范圍大，密封工作氣體組分復雜多變、二級密封的工作環(huán)境較差、機組頻繁啟停、現場(chǎng)無(wú)氮氣源、工藝介質(zhì)氣體易燃易爆等技術(shù)難題，論證通過(guò)采用一體式過(guò)濾器、優(yōu)化干氣密封動(dòng)壓槽、優(yōu)化氣膜厚度、設置電加熱器、配置增壓裝置、控制一級密封泄漏氣壓力、避開(kāi)二級密封泄漏氣爆炸極限7項措施，保障了國產(chǎn)干氣密封裝置安全平穩運行，解決了國外產(chǎn)品價(jià)格高、服務(wù)不及時(shí)等難題。

 

　　引言

 

　　天然氣長(cháng)輸管道需要在沿途建立增壓站，通過(guò)壓縮機多級壓縮，實(shí)現天然氣長(cháng)距離輸送。壓縮機是天然氣管道輸送的“心臟”，壓縮機軸端的干氣密封（如圖1）及控制系統是其z*重要的部件之一，其運行的安全性、可靠性關(guān)系到機組能否長(cháng)周期穩定工作。一旦機組因密封故障停機，將直接影響下游供氣。

 

 

　　某增壓站是全國第一個(gè)采用國產(chǎn)壓縮機輸送頁(yè)巖氣的站場(chǎng)，是全國第一個(gè)在國產(chǎn)壓縮機使用國產(chǎn)干氣密封及控制系統的站場(chǎng)，是國內使用國產(chǎn)壓縮機壓比z*大的站場(chǎng)。本文以該項目為例，探討國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統在天然氣管線(xiàn)壓縮機的上應用。

 

　　該密封由串聯(lián)式干氣密封和后置的梳齒密封組合而成。串聯(lián)式干氣密封相當于前后串聯(lián)布置的兩組單端面干氣密封。第一級干氣密封為主密封，基本上承受全部的壓差，以從機組出口端引出的工藝氣體經(jīng)過(guò)濾、調壓后作為其工作氣體。第二級干氣密封為輔助安全密封，通常情況在很低的壓差下工作。通過(guò)一級密封端面泄漏出少量的工藝氣體，大部分通過(guò)火炬進(jìn)行安全排放，只有極少部分 通過(guò)二級密封泄漏出并引至室外高點(diǎn)安全排放。一級密封如失效，二級密封即可迅速的做出反應起到密封作用，可避免一級密封失效時(shí)工藝氣的大量外泄。該密封為整體集裝式結構，出廠(chǎng)前已精密地裝配成一體，通過(guò)定位塊板將動(dòng)、靜部分連接在一起，防止運輸過(guò)程中零件之間相互碰撞造成的損壞。同時(shí)，安裝時(shí)不需要分解，整體直接裝入機組殼體內后取下定位板即可，便捷且軸向定位準確，避免了現場(chǎng)重新拆卸組裝時(shí)引起的裝配精度下降以及環(huán)境中的粉塵等雜質(zhì)對密封的影響，使用效果能得到充分保證。

 

　　在已建成投用西氣東輸等多個(gè)項目的管線(xiàn)壓縮機中，干氣密封及控制系統均采用進(jìn)口產(chǎn)品。在國家大力推薦長(cháng)輸管線(xiàn)設備國產(chǎn)化的大背景下，某國產(chǎn)干氣密封公司承擔了中石化某輸氣管道項目的壓縮機干氣密封及控制系統配套工作。

 

　　問(wèn)題解決方案

 

　　針對該項目機組流量大、功率高，工況變化范圍大，密封工作氣體組分復雜多變、二級密封的工作環(huán)境較差、機組頻繁啟停、現場(chǎng)無(wú)氮氣源、工藝介質(zhì)氣體易燃易爆等技術(shù)難題，逐一采取了針對性的解決方案。

 

　　1、采用一體式過(guò)濾器

 

　　一級密封供氣來(lái)自于壓縮機出口端的天然氣，天然氣含有顆粒及液滴，成分較復雜，需作嚴格的凈化處理。氣源引入干氣密封控制系統后通過(guò)凝聚式過(guò)濾器對氣體進(jìn)行過(guò)濾。過(guò)濾器為一開(kāi)一備，配置一體式恒流切換閥，能在更換濾芯時(shí)快速、方便地切換至備用過(guò)濾器，可避免切換時(shí)對一級密封氣流量和壓力帶來(lái)的波動(dòng)，使干氣密封處于穩定的工作環(huán)境。該過(guò)濾器能處理1μm以上固體懸浮顆粒及微小液滴，高于A(yíng)PI614標準4μm要求，過(guò)濾效率達到99.5%以上。

 

　　圖紙示意如下圖2：

 

 

　　2、優(yōu)化設計干氣密封動(dòng)壓槽

 

　　在機組運行周期內會(huì )出現試車(chē)、開(kāi)停車(chē)，循環(huán)及正常工作等多種壓力條件，要求密封適用壓力范圍寬，能在各種壓力的波動(dòng)變化下穩定工作。

 

　　選擇了氣膜剛度好且流體靜壓效應強的單向螺旋槽，考慮到一級、二級密封端面工作狀態(tài)的差異，對端面槽形參數進(jìn)行優(yōu)化設計，經(jīng)過(guò)試驗驗證，達到一級密封端面泄漏量控制在8Nm3/h以下，二級密封在保證正常工作的前提下做到z*小的泄漏。

 

　　3、優(yōu)化氣膜厚度

 

　　針對管線(xiàn)壓縮機存在啟停次數多的特點(diǎn)，設計的關(guān)鍵應在z*低的開(kāi)啟轉速上。在滿(mǎn)足正常泄漏量和可靠性的前提下，密封應具有盡量低的開(kāi)啟速度。即在全壓?jiǎn)⑼r(shí)，干氣密封的動(dòng)靜環(huán)已處于基本脫離的狀態(tài)，通過(guò)對氣膜厚度的變化判定密封端面是否處于脫離的狀態(tài)，使密封具有足夠的流體靜壓效應而不依賴(lài)于動(dòng)環(huán)的轉速。

 

　　根據氣膜厚度測量數據和運行結果分析，在運轉狀態(tài)下，3μm氣膜厚度可以視作端面為脫離狀態(tài)。密封在1.5MPa以上，即在全壓下啟停應為端面脫離狀態(tài)，通過(guò)對該密封連續300次工廠(chǎng)啟停試驗，獲得良好的效果。

 

　　4、設置電加熱器

 

　　隨著(zhù)氣源和季節的變化，天然氣可能存在大量帶液的情況。而一級密封氣通過(guò)調節閥減壓后的氣體會(huì )產(chǎn)生焦耳/湯姆遜效應，溫度會(huì )明顯地降低，一級密封氣經(jīng)過(guò)調節閥減壓后降溫約在20℃以上。天然氣中含有少量的重組分烴類(lèi)介質(zhì)，這類(lèi)介質(zhì)在降溫過(guò)程中由于露點(diǎn)較高，容易析出液態(tài)烴被帶進(jìn)密封端面，造成干氣密封的損壞。根據該項目天然氣組分，計算露點(diǎn)曲線(xiàn)，減壓后的壓力為4.1MPaG，露點(diǎn)-44℃左右，為z*大可能地保證工藝氣不出現帶液的情況，在減壓后系統配置了電加熱器，對降溫后的氣體加熱至60℃左右，使其遠離露點(diǎn)，增加了干氣密封運行的可靠性。

 

　　5、配置干氣密封增壓裝置

 

　　在壓縮機停車(chē)和場(chǎng)站z*初的開(kāi)車(chē)階段，壓縮機的進(jìn)出口壓差小，導致一級密封氣的兩路氣源壓力不足，不能有效地阻擋住臟的工藝氣，需要配置增壓裝置，來(lái)提供滿(mǎn)足干氣密封開(kāi)停車(chē)階段需要的一級密封氣流量。由于增壓裝置僅在開(kāi)停車(chē)階段短時(shí)間使用，從經(jīng)濟性考慮，整個(gè)項目采用一套增壓裝置能夠滿(mǎn)足四臺壓縮機同時(shí)需要。

 

　　在一級密封氣流量≤70Nm3/h、壓縮機進(jìn)出口壓差≤2.0MPa、壓縮機進(jìn)口壓力≥0.5MPaG三個(gè)條件同時(shí)滿(mǎn)足時(shí)，該增壓裝置啟動(dòng)，壓縮機投用增壓后的氣源作為一級密封氣氣源；一級密封氣流量≥140Nm3/h或壓縮機進(jìn)出口壓差≥4.0MPa或壓縮機進(jìn)口壓力≤0.3MPaG任一條件滿(mǎn)足，該增壓裝置停用，壓縮機投用出口端工藝氣作為一級密封氣氣源。

 

　　6、控制一級密封泄漏氣壓力

 

　　干氣密封工作壓差過(guò)低將會(huì )影響其長(cháng)周期運行的可靠性。該密封由于沒(méi)有二級密封氣，故二級密封可能存在工作壓力偏低的情況。

 

　　通過(guò)一級泄漏氣管線(xiàn)上設置的背壓閥PCV3穩定泄漏氣壓力至0.15MPaG（如圖3），即二級密封的工作壓力，可保證二級密封在適合的壓力下可靠地工作。這既可以通過(guò)對干氣密封的一級泄漏氣可以監控一級密封的運行情況，還可以為二級密封運行建立足夠的壓力。

 

 

　　7、避開(kāi)二級密封泄漏氣爆炸極限

 

　　二級泄漏氣含有微量的工藝氣和空氣，工藝氣來(lái)自于二級密封端面泄漏，空氣來(lái)自于隔離氣介質(zhì)方向的泄漏，混合氣體存在著(zhù)爆炸的安全隱患。對二級密封泄漏氣爆炸極限（5%-15%）進(jìn)行分析，計算隔離氣注入量為57Nm3/h，考慮安全裕量，確定隔離氣需要的流量為80Nm3/h。一部分隔離氣通過(guò)介質(zhì)側迷宮泄漏與二級密封泄漏氣混合后進(jìn)入二級密封泄漏氣通道引至室外安全排放，另一部分通過(guò)大氣側迷宮泄漏至機組軸承箱內，防止潤滑油污染密封。

 

 

　　現場(chǎng)運行效果

 

　　該增壓站4臺壓縮機國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統已平穩運行了2年，由表1可知，干氣密封工作壓力、一級端面泄漏量均控制在設計范圍和生產(chǎn)運行規程內，也未出現干氣密封非正常泄漏、損壞等失效問(wèn)題，總體運行良好。標志著(zhù)天然氣長(cháng)輸行業(yè)中管線(xiàn)壓縮機干氣密封本體和控制系統國產(chǎn)化s*次應用獲得了成功，解決了國外產(chǎn)品價(jià)格高、服務(wù)不及時(shí)等難題。

 

　　作者簡(jiǎn)介：

　　1、王磊（1984～），男，四川自貢人，碩士，工程師，現在中石化重慶天然氣管道有限公司，從事工程技術(shù)和設備管理工作。

　　2、黃志，（1982-），男，安徽巢湖人，碩士，工程師，現就職于中石化天然氣分公司，從事油氣儲運物資供應質(zhì)量管理工作。