【壓縮機網(wǎng)】某天然氣長輸管道增壓站壓縮機組國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統(tǒng)全部采用國產(chǎn)化設(shè)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(fù)雜多變、二級密封的工作環(huán)境較差、機組頻繁啟停、現(xiàn)場無氮氣源、工藝介質(zhì)氣體易燃易爆等技術(shù)難題，論證通過采用一體式過濾器、優(yōu)化干氣密封動壓槽、優(yōu)化氣膜厚度、設(shè)置電加熱器、配置增壓裝置、控制一級密封泄漏氣壓力、避開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(wěn)運行，解決了國外產(chǎn)品價格高、服務(wù)不及時等難題。

 

　　引言

 

　　天然氣長輸管道需要在沿途建立增壓站，通過壓縮機多級壓縮，實現(xiàn)天然氣長距離輸送。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(tǒng)是其z*重要的部件之一，其運行的安全性、可靠性關(guān)系到機組能否長周期穩(wěn)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采用國產(chǎn)壓縮機輸送頁巖氣的站場，是全國第一個在國產(chǎn)壓縮機使用國產(chǎn)干氣密封及控制系統(tǒng)的站場，是國內(nèi)使用國產(chǎn)壓縮機壓比z*大的站場。本文以該項目為例，探討國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統(tǒng)在天然氣管線壓縮機的上應(yīng)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(dāng)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)過濾、調(diào)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。通過一級密封端面泄漏出少量的工藝氣體，大部分通過火炬進行安全排放，只有極少部分 通過二級密封泄漏出并引至室外高點安全排放。一級密封如失效，二級密封即可迅速的做出反應(yīng)起到密封作用，可避免一級密封失效時工藝氣的大量外泄。該密封為整體集裝式結(jié)構(gòu)，出廠前已精密地裝配成一體，通過定位塊板將動、靜部分連接在一起，防止運輸過程中零件之間相互碰撞造成的損壞。同時，安裝時不需要分解，整體直接裝入機組殼體內(nèi)后取下定位板即可，便捷且軸向定位準確，避免了現(xiàn)場重新拆卸組裝時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項目的管線壓縮機中，干氣密封及控制系統(tǒng)均采用進口產(chǎn)品。在國家大力推薦長輸管線設(shè)備國產(chǎn)化的大背景下，某國產(chǎn)干氣密封公司承擔(dān)了中石化某輸氣管道項目的壓縮機干氣密封及控制系統(tǒng)配套工作。

 

　　問題解決方案

 

　　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(fù)雜多變、二級密封的工作環(huán)境較差、機組頻繁啟停、現(xiàn)場無氮氣源、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、采用一體式過濾器

 

　　一級密封供氣來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(fù)雜，需作嚴格的凈化處理。氣源引入干氣密封控制系統(tǒng)后通過凝聚式過濾器對氣體進行過濾。過濾器為一開一備，配置一體式恒流切換閥，能在更換濾芯時快速、方便地切換至備用過濾器，可避免切換時對一級密封氣流量和壓力帶來的波動，使干氣密封處于穩(wěn)定的工作環(huán)境。該過濾器能處理1μm以上固體懸浮顆粒及微小液滴，高于API614標準4μm要求，過濾效率達到99.5%以上。

 

　　圖紙示意如下圖2：

 

 

　　2、優(yōu)化設(shè)計干氣密封動壓槽

 

　　在機組運行周期內(nèi)會出現(xiàn)試車、開停車，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變化下穩(wěn)定工作。

 

　　選擇了氣膜剛度好且流體靜壓效應(yīng)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(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，經(jīng)過試驗驗證，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

 

　　針對管線壓縮機存在啟停次數(shù)多的特點，設(shè)計的關(guān)鍵應(yīng)在z*低的開啟轉(zhuǎn)速上。在滿足正常泄漏量和可靠性的前提下，密封應(yīng)具有盡量低的開啟速度。即在全壓啟停時，干氣密封的動靜環(huán)已處于基本脫離的狀態(tài)，通過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(yīng)而不依賴于動環(huán)的轉(zhuǎn)速。

 

　　根據(jù)氣膜厚度測量數(shù)據(jù)和運行結(jié)果分析，在運轉(zhuǎn)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(yīng)為端面脫離狀態(tài)，通過對該密封連續(xù)300次工廠啟停試驗，獲得良好的效果。

 

　　4、設(shè)置電加熱器

 

　　隨著氣源和季節(jié)的變化，天然氣可能存在大量帶液的情況。而一級密封氣通過調(diào)節(jié)閥減壓后的氣體會產(chǎn)生焦耳/湯姆遜效應(yīng)，溫度會明顯地降低，一級密封氣經(jīng)過調(diào)節(jié)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介質(zhì)，這類介質(zhì)在降溫過程中由于露點較高，容易析出液態(tài)烴被帶進密封端面，造成干氣密封的損壞。根據(jù)該項目天然氣組分，計算露點曲線，減壓后的壓力為4.1MPaG，露點-44℃左右，為z*大可能地保證工藝氣不出現(xiàn)帶液的情況，在減壓后系統(tǒng)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，增加了干氣密封運行的可靠性。

 

　　5、配置干氣密封增壓裝置

 

　　在壓縮機停車和場站z*初的開車階段，壓縮機的進出口壓差小，導(dǎo)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，來提供滿足干氣密封開停車階段需要的一級密封氣流量。由于增壓裝置僅在開停車階段短時間使用，從經(jīng)濟性考慮，整個項目采用一套增壓裝置能夠滿足四臺壓縮機同時需要。

 

　　在一級密封氣流量≤70Nm3/h、壓縮機進出口壓差≤2.0MPa、壓縮機進口壓力≥0.5MPaG三個條件同時滿足時，該增壓裝置啟動，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或壓縮機進出口壓差≥4.0MPa或壓縮機進口壓力≤0.3MPaG任一條件滿足，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低將會影響其長周期運行的可靠性。該密封由于沒有二級密封氣，故二級密封可能存在工作壓力偏低的情況。

 

　　通過一級泄漏氣管線上設(shè)置的背壓閥PCV3穩(wěn)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。這既可以通過對干氣密封的一級泄漏氣可以監(jiān)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，工藝氣來自于二級密封端面泄漏，空氣來自于隔離氣介質(zhì)方向的泄漏，混合氣體存在著爆炸的安全隱患。對二級密封泄漏氣爆炸極限（5%-15%）進行分析，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。一部分隔離氣通過介質(zhì)側(cè)迷宮泄漏與二級密封泄漏氣混合后進入二級密封泄漏氣通道引至室外安全排放，另一部分通過大氣側(cè)迷宮泄漏至機組軸承箱內(nèi)，防止?jié)櫥臀廴久芊狻?/div>

 

 

　　現(xiàn)場運行效果

 

　　該增壓站4臺壓縮機國產(chǎn)干氣密封裝置及控制系統(tǒng)已平穩(wěn)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(shè)計范圍和生產(chǎn)運行規(guī)程內(nèi)，也未出現(xiàn)干氣密封非正常泄漏、損壞等失效問題，總體運行良好。標志著天然氣長輸行業(yè)中管線壓縮機干氣密封本體和控制系統(tǒng)國產(chǎn)化s*次應(yīng)用獲得了成功，解決了國外產(chǎn)品價格高、服務(wù)不及時等難題。

 

　　作者簡介：

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

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