用于干气密封机组之间密封气串联确保系统工艺气纯度的方法

用于干气密封机组之间密封气串联确保系统工艺气纯度的方法

陈东梅

内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰市 025350

摘要

本文主要介绍离心式压缩机干气密封装置的密封要求、工作原理、技术特点及存在的问题等，通过对工作原理的分析和实际运行过程中数据分析，在有两台相同工介质的离心式压缩机组存在时，利用两套离心式压缩机干气密封装置的密封气进行串联改造，利用另一台压缩机的密封气体，保证系统内工艺气体的纯度，可以有效的解决了离心式压缩机开车过程因不凝气体导致的装置系统压力高、工艺介质损耗大等问题，实现了离心式压缩机开停车过程的安全、高效和经济效果。

关键词：离心式压缩机，干气密封装置原理，问题分析，解决措施

Method for ensuring process gas purity of system by series sealing gas between dry gas sealing units

Chen Dongmei

1前言

离心式压缩机广泛应用于石油化工领域，该类型的制冷系统采用离心式压缩机做功的较多，压缩机吸入气相制冷剂经过压缩做功，提高制冷剂的冷凝温度后，通过常温的空气或循环水即可将气相制冷剂冷却成为液态，液态制冷剂经过管线进入到用户的蒸发器，在蒸发器中减压闪蒸成为气相，制冷剂介质形态的变化需吸收外界的热量，从而达到降温的目的。离心式压缩机具有处理气量大、能耗低、运行稳定、运行周期长等优点。离心式压缩机得到广泛应用的另外一个主要原因能达到“零泄漏”，对于工艺介质多为易燃易爆或有毒有害的介质，化学性质活泼，大量储存或使用时，属于重大危险源，需防止系统泄漏和严格控制检维修的作业。如需大面积检修时，要对整个系统内的制冷剂进行泄压、置换操作，且有严格的防火防爆等措施后方进行相关作业，以确保检修过程中人员和设备安全，必须保证“零泄漏”是对机组的基本要求，而干气密封系统是实现这一目标的主要媒介[1]。

2干气密封系统原理

干气密封系统源于气封气理论，利用气体动压润滑模型建立的一种非接触式气膜密封[2]，干气密封与一般机械密封的平衡型集装式结构一样,但端面设计有所不同,表面上有几微米至十几微米深的沟槽,端面宽度较宽。与一般润滑机械密封不同,干气密封在两个密封面上产生了一个稳定的气膜。这个气膜具有较强的刚度使两个密封端面完全分离,并保持一定的密封间隙,这个间隙不能太大,一般为几微米。密封间隙太大,会导致泄漏量增加,密封效果较差;而密封间隙较小,容易使两密封面发生接触,因为干气密封的摩擦热不能及时散失,端面接触无润滑,将很快引起密封变形、端面过度发热从而导致密封失效。这个气膜的存在,既有效地使端面分开又使相对运转的两端面得到了冷却,两个端面非接触,故摩擦、磨损大大减小,使密封具有长寿命的特点,从而延长主机的寿命。干气密封单元通常由一个可以轴向浮动的静环和一个固定在轴套上的动环构成。静环背后有弹簧对其施加贴合作用力，动环随压缩机转子做高速旋转。密封工作的主要依靠是流体静压力和流体动压力的平衡。高速旋转的动环产生的粘性剪切力带动气体进入流体动压槽内，由外径朝中心运动，密封坝提供流动阻力，节制气体流向低压侧，于是气体被压缩压力升高，密封面分开，形成一定厚度的气膜，一般为3微米。当流体的静压力和弹簧负载的闭合力等于气膜内产生的开启力时，就形成了径向面之间的稳定间隙，由此密封实现非接触运转。密封面间形成的气膜具有一定的正刚度，保证了密封运转的稳定性，同时还对动、净环间的摩擦副起到润滑作用[3]。为保证干气密封系统的运行安全，多采用两级串联布置方式，一级为主密封，二级为备用密封。正常工况下，第一级主密封承担全部或大部分负荷，而另外一级不承受或承受小部分的压力降，通过主密封泄漏的工艺气体被引入火炬燃烧，剩余极少量的工艺气通过二级密封泄漏，引入安全地带放空。当主密封失效时，第二级密封可以起到辅助安全的作用。 干气密封系统需要采用无毒或惰性气体作为密封气，主密封的密封气体进入到动环、静环后，大部分气体要沿轴进入到机组内，导致系统内介质纯度降低，减少有效气体含量，为此一级为主密封的密封气多采用系统工艺气。在开车前因压缩机组未运行，压力不能满足干气密封系统需要，所以开车期间主密封气还需采用氮气，机组正常运行后，再由氮气切换至工艺气。为了保证干气密封系统更加的安全可靠，同时减少主密封的运行负荷，部分干气密封装置增加了前置隔离气或缓冲气，利用梳齿或迷宫密封逐级减压的原理进行密封。无论主密封气和前置隔离气都要进入到工艺系统内，在压缩机开车过程中增加了启动负荷。

3存在技术问题

在离心式压缩机开停车过程中，因压缩机内的工艺介质不能满足主密封或前置隔离气（或缓冲气）的压力要求，需要采用惰性气体如氮气替代工艺气作为密封气，在开车过程中，大量的密封气进入到机组内，增加了机组开车负荷，同时降低了系统介质的纯度，为机组启停带来了很大的安全隐患。

在有两台相同工介质的离心式压缩机组存在时，可采用密封气联通的方式，减少氮气等气体作为密封气进入到系统内，保证系统内工艺气体的纯度，有效的解决压缩机组开停车过程中启动负荷大、能耗高、系统不凝气含量高无法启动等风险。该技术主要应用于离心式压缩机组间的干气密封系统上，干气密封系统是离心式压缩机组常用的密封装置，能够确保机组内工艺介质不向外泄漏。

4解决其技术问题采用的技术方案

本技术优化为解决两套压机机组在开停过程中工艺介质替代惰性气体的问题。对于两台相同工艺介质的压缩机通过管线将两套干气密封系统工艺气进行连接，作为主密封气或前置隔离气的互备使用。当两台相同工艺介质的压缩机中的一台运行时，压缩机出口工艺介质的压力和流量稳定的前提下，可以通过干气密封连接管线作为另一台压缩机干气密封系统的主密封气或前置隔离气的密封气，作为密封气时对气体的洁净度、压力、温度、流量均有严格要求，需要长距离输送密封气时要严格控制介质温度，必要时增加伴热装置，确保密封气进入干气密封系统后具有良好的刚度。同时密封气必须保持足够的压力，确保压缩机工作时通过最小间隙处向机内的平均气流速度不小于5m/s，以防止工艺气向外的扩散，确保密封有效。

开车前确认干气密封系统各控制点和阀门处于关闭状态，关闭工艺气体侧阀门和氮气密封气阀门，导通联通管线盲板，打开联通阀门后，通过置换导淋阀进行工艺气置换，分析工艺气体露点和氧含量等指标在要求范围内，打开干气密封系统的各控制点，逐渐将运行机组的工艺气引入到开车的干气密封系统内，要严格监控密封气的温度和压力，严禁密封气带液，当各项指标达到要求后，方可启动压缩机。

结论

在两套压缩机组干气密封装置串联后的实际应用过程中，起到了意想不到的效果，有效减少了氮气密封气进入到系统内，确保了工艺系统内的工艺气纯度，对于压缩制冷系统明显降低不凝气的含量，更优于系统运行，减少工艺气提纯损失。在增加少量投资的前提下，完成干气密封机组之间密封气串联，有效解决了系统工艺气纯度的问题，避免了压缩机在开停车过程中的密封气问题，降低压缩机的启动负荷。该技术的应用具有较好的推广作用，有效解决了压缩机启动问题，投资改造费用较少但经济效益明显，为工厂提供了解决了问题的可行性方案，具有简单实用的良好效果。

参考文献

[1]张磊，离心式压缩机干气密封系统常见故障探讨，中国设备工程，2022年5月 59-61。

[2]石芝锋浅谈离心式压缩机干气密封控制系统设计原理与要点，中国设备工程，2020年7月 156-157。

[3]杨扉; 王方，干气密封控制系统应用与发展趋势，化工设备与管道，2012年10月 134-136。