天然氣壓縮機(jī)干氣密封的設(shè)計研究與應(yīng)用

韓亮

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司）

天然氣壓縮機(jī)干氣密封的設(shè)計研究與應(yīng)用

韓亮

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司）

根據(jù)天然氣長輸管線壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行環(huán)境，對壓縮機(jī)干氣密封及其控制系統(tǒng)盤站的國產(chǎn)化技術(shù)路線進(jìn)行了分析，并提出比較符合工程實(shí)際情況的技術(shù)方案。技術(shù)方案包括干氣密封本體方案設(shè)計分析、密封關(guān)鍵零部件的應(yīng)力應(yīng)變分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、適應(yīng)管線壓縮機(jī)頻繁啟停工況的干氣密封可靠性研究、干氣密封動靜環(huán)材料的選擇、控制系統(tǒng)中一體式過濾器設(shè)計、電加熱器設(shè)計、增壓裝置設(shè)計、避開爆炸極限設(shè)計、控制一級泄漏氣壓力設(shè)計等。

干氣密封；管線壓縮機(jī)；天然氣；控制系統(tǒng)；天然氣壓縮機(jī)；離心壓縮機(jī)

0 引言

由于長輸管線壓縮機(jī)輸送和增壓的氣體介質(zhì)為易燃易爆的天然氣，其危險性非常大，且現(xiàn)場條件十分惡劣，無氮?dú)庠?，常?guī)的干氣密封結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)無法滿足正常運(yùn)行及使用[1]，本文介紹了一種成功在國產(chǎn)長輸管線壓縮機(jī)組上應(yīng)用的新型干氣密封技術(shù)方案。密封本體選用串聯(lián)式的高壓干氣密封結(jié)構(gòu)，采用彈簧加載聚合物密封圈作為輔助密封圈[2]。

以壓縮機(jī)出口氣作為一級密封氣源，隔離氣采用儀表風(fēng)，后置隔離密封選用安全性更高的迷宮密封結(jié)構(gòu)。

在控制系統(tǒng)盤站的設(shè)計中，選用高安全、操作方便快捷的雙聯(lián)式集成過濾器組，主密封氣溫度控制采用間接加熱的電加熱方式，增壓系統(tǒng)采用國產(chǎn)往復(fù)式防爆電驅(qū)天然氣增壓機(jī)整個干氣密封控制系統(tǒng)盤站采用整體保溫處理[3]。這種新型干氣密封技術(shù)方案對比常規(guī)技術(shù)方案具有一定的優(yōu)勢，值得推廣應(yīng)用。

1 干氣密封的工作參數(shù)及技術(shù)難點(diǎn)

2.1 壓縮機(jī)操作條件（見表1）

表1 壓縮機(jī)操作條件表Tab.1 Compressor operating conditions

2.2 性能要求

干氣密封保證正常運(yùn)行，且干氣密封控制系統(tǒng)按操作規(guī)程要求運(yùn)行的前提下，整套密封無故障連續(xù)運(yùn)行時間為5年。同時，干氣密封能夠滿足在盤車轉(zhuǎn)速下安全運(yùn)行，并能夠適應(yīng)頻繁啟停的工況。

2.3 干氣密封設(shè)計參數(shù)（見表2）

表2 干氣密封設(shè)計參數(shù)表Tab.2 Design parameters of dry gas seal

2.4 密封性能指標(biāo)（見表3）

表3 密封性能指標(biāo)Tab.3 Sealing performance index

2.5 干氣密封的技術(shù)難點(diǎn)

2.5.1 干氣密封工作氣體組分復(fù)雜多變

管線壓縮機(jī)干氣密封的工作氣體為天然氣，氣體組分較復(fù)雜，可能含雜質(zhì)、顆粒及液相的組分較多，并隨著氣源和季節(jié)的變化而變化，這就要求密封的控制系統(tǒng)能夠?qū)γ芊鈿怏w做充分的預(yù)處理，包括除液、除塵、加熱及增壓等手段[4]。

2.5.2 干氣密封適用的壓力范圍廣

干氣密封的工作壓力與壓縮機(jī)的運(yùn)行條件密切相關(guān)，在機(jī)組整個檢修周期內(nèi)會出現(xiàn)試車、開停車、循環(huán)及正常工作（含多種工況）等多種壓力條件。故設(shè)計上要求密封的適用壓力范圍寬，在各種壓力的波動變化下均能穩(wěn)定地工作[5]。

2.5.3 二級密封的泄漏量小

由于現(xiàn)場沒有氮?dú)鈿庠?，干氣密封沒有二級密封氣的注入。故二級密封直接工作在經(jīng)一級密封端面泄漏而來的工藝氣（天然氣）條件下，即有微量的工藝氣經(jīng)二級密封端面外泄進(jìn)入二級泄漏氣排放通道。所以二級泄漏氣中是工藝氣與空氣的混合氣體，這樣勢必存在著安全隱患。設(shè)計上需嚴(yán)格控制二級密封的端面泄漏量，同時加大隔離氣（空氣）的注入量，使二級泄漏氣避開爆炸極限。

2.5.4 干氣密封端面流體動壓槽的優(yōu)化設(shè)計

該管線壓縮機(jī)干氣密封同時具有高轉(zhuǎn)速、高壓兩項(xiàng)高參數(shù)使用條件，目前國內(nèi)對此類密封的研發(fā)較少。在高轉(zhuǎn)速及高壓下的干氣密封動壓槽可能會帶來較大的泄漏量，而從安全角度考慮需要嚴(yán)格控制天然氣泄漏。所以設(shè)計上既要考慮運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，也要考慮安全性[6]。

2.5.5 適應(yīng)管線壓縮機(jī)頻繁啟停工況

管線壓縮機(jī)相比石化煉油裝置的離心壓縮機(jī)具有一個顯著的不同點(diǎn)，就是頻繁啟停。機(jī)組在檢修周期內(nèi)頻繁啟停次數(shù)較多。干氣密封在連續(xù)運(yùn)行條件下具有最理想的使用壽命，而頻繁啟停對密封端面存在一定程度的損傷。項(xiàng)目組針對該特點(diǎn)，在動壓槽設(shè)計上應(yīng)考慮足夠的流體靜壓效應(yīng)，使其具有較低的開啟轉(zhuǎn)速。

2.5.6 密封關(guān)鍵零部件的應(yīng)力應(yīng)變分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

對高速高壓下密封關(guān)鍵零部件（動環(huán)、靜環(huán)、推環(huán)等）在介質(zhì)壓力以及離心力、熱載荷綜合作用下應(yīng)力及應(yīng)變進(jìn)行分析，指導(dǎo)密封的零件設(shè)計。

2.5.7 高PV值干氣密封動靜環(huán)材料的選擇

在高速及高壓的情況下，對動靜環(huán)的要求區(qū)別于普通的中低壓場合。選擇適合的摩擦副組對是成敗的關(guān)鍵因素之一。項(xiàng)目組具有大量的高參數(shù)密封摩擦副材質(zhì)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該機(jī)組特點(diǎn)，確定了最適宜的摩擦副材質(zhì)[7]。

3 干氣密封本體設(shè)計

3.1 方案設(shè)計

3.1.1 結(jié)構(gòu)選型

離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、壓力高，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，工藝介質(zhì)氣體易燃易爆，危險性大。這就要求壓縮機(jī)軸封可靠性好，密封泄漏小，壽命長，由于現(xiàn)場無連續(xù)氮?dú)鈼l件，因此干氣密封本體結(jié)構(gòu)優(yōu)先選擇串聯(lián)式干氣密封結(jié)構(gòu)（見圖1），可達(dá)到滿意、可靠的使用效果。串聯(lián)式干氣密封為干氣密封中安全性、可靠性較高的一種結(jié)構(gòu)。可保證僅有微量工藝介質(zhì)泄漏至大氣中，同時也可保證外部儀表風(fēng)不會進(jìn)入工藝介質(zhì)中。

圖1 串聯(lián)式干氣密封結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Tandem dry gas seal structure

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(jī)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(jìn)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(diǎn)安全排放[8]。一級密封如失效，二級密封即可迅速做出反應(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)，運(yùn)輸、安裝及拆卸時均為整體進(jìn)行。

3.1.2 干氣密封端面流體動壓槽的優(yōu)化設(shè)計

干氣密封工作參數(shù)高且頻繁啟停，動壓槽設(shè)計上需針對此特點(diǎn)做特殊的考慮[9]。對動、靜環(huán)端面流場進(jìn)行數(shù)值計算，采用專業(yè)數(shù)值分析軟件，主要考核端面壓力分布、開啟力、泄漏量及剛漏比的大小及變化趨勢，以剛漏比作為設(shè)計主要依據(jù)，通過多組數(shù)據(jù)的對比分析，對端面槽型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，槽型優(yōu)先選擇了氣膜剛度更好且流體靜壓效應(yīng)更強(qiáng)的單向螺旋槽。同時考慮到一級、二級密封端面工作狀態(tài)的差異，經(jīng)過分析計算，兩級密封動環(huán)的端面上加工有均布的不同參數(shù)的流體動壓螺旋槽，特殊設(shè)計的槽型結(jié)構(gòu)在使用條件下運(yùn)轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)，使動、靜環(huán)間形成具有一層極高剛度的氣膜，由氣膜作用力形成的開啟力與由彈簧和介質(zhì)作用形成的閉合力達(dá)到平衡，使密封面分開3～5μm，在非接觸狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)密封。槽型計算云圖見圖2，流體動壓槽加工實(shí)物見圖3。

圖2 槽型計算云圖Fig.2 Seal groove cavity

圖3 流體動壓槽加工實(shí)物圖Fig.3 Fluid dynamic pressure groove processing object

3.2 密封關(guān)鍵零部件的應(yīng)力應(yīng)變分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

因密封工作壓力轉(zhuǎn)速較高，關(guān)鍵零部件（動環(huán)、靜環(huán)、推環(huán)等）在介質(zhì)壓力以及離心力、熱載荷綜合作用下將產(chǎn)生較大的應(yīng)力及應(yīng)變，影響密封的運(yùn)行。需對其進(jìn)行科學(xué)的計算分析，判斷零件應(yīng)力的大小、分布狀況對環(huán)體形狀的影響情況和程度，并根據(jù)相關(guān)結(jié)果確定零件的尺寸[10]。靜環(huán)徑向變形見圖4，靜環(huán)軸向變形見圖5，動環(huán)徑向變形見圖6，動環(huán)軸向變形見圖7，推環(huán)徑向變形見圖8，推環(huán)軸向變形見圖9。

圖4 靜環(huán)徑向變形圖Fig.4 Radial deformation of static ring

圖5 靜環(huán)軸向變形圖Fig.5 Axial deformation of static ring

圖6 動環(huán)徑向變形圖Fig.6 Radial deformation of rotating ring

圖7 動環(huán)軸向變形圖Fig.7 Axial deformation of rotating ring

圖8 推環(huán)徑向變形圖Fig.8 Radial deformation of throw-out collar

圖9 推環(huán)軸向變形圖Fig.9 Axial deformation of throw-out collar

3.3 適應(yīng)管線壓縮機(jī)頻繁啟停工況的干氣密封可靠性研究

用于天然氣長輸管線壓氣站的管線壓縮機(jī)，啟停次數(shù)多是不可避免的，所以其配套的干氣密封必須適應(yīng)此種特殊工況。比較典型的是西氣東輸項(xiàng)目管線壓縮機(jī)在使用周期內(nèi)（25 000小時），密封全壓啟停次數(shù)可能會達(dá)到300次以上。針對該特殊要求，項(xiàng)目組認(rèn)為設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)在密封最低的開啟轉(zhuǎn)速上，在滿足正常工作參數(shù)、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。即在全壓開車時，干氣密封的動靜環(huán)已處于基本脫離的狀態(tài)[11]。這樣在反復(fù)啟停過程中，端面具有最小的接觸應(yīng)力和最低的磨損程度。項(xiàng)目組經(jīng)研究，確定將干氣密封在靜態(tài)、動態(tài)的端面氣膜狀態(tài)測量作為關(guān)鍵，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。圖10為測量后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理，得到的密封靜止升壓過程的膜厚狀態(tài)圖。

圖11為測量后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理得到的密封恒壓升速降速全程膜厚狀態(tài)圖。

圖10 密封靜止升壓過程的膜厚狀態(tài)圖Fig.10 The thickness of the film in the process of static pressure increasing

圖11 密封恒壓升速降速全程膜厚狀態(tài)圖Fig.11 The thickness of film in the process of increasing and decreasing the rotating speed with constant pressure

根據(jù)氣膜厚度測量數(shù)據(jù)和運(yùn)行結(jié)果分析，可以得出在密封靜止情況下，端面隨壓力升高有一定程度地開啟。當(dāng)壓力越大，膜厚變化程度越低，最終在1.5MPa以上，膜厚不再有明顯變化，穩(wěn)定在3μm左右。而在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，項(xiàng)目組認(rèn)為氣膜在3μm厚度時可以視作端面為脫離狀態(tài)。綜合分析，密封在1.5MPa以上，也即在全壓下啟停應(yīng)為端面脫離狀態(tài)。最終，項(xiàng)目組通過對該密封連續(xù)300次啟停試驗(yàn)，獲得良好的效果，驗(yàn)證了該測試結(jié)果的正確。

3.4 干氣密封動靜環(huán)材料的選擇

干氣密封雖然在工作時端面為非接觸，但在開停車時仍會有短暫的接觸而產(chǎn)生輕微的磨損，這就要求配對材料組對性能和耐磨性能好。在此前提下，選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、彈性模量高的材料。針對該密封高速、高壓的工作條件，本方案采用特殊配方液相燒結(jié)碳化硅作為動環(huán)材料，進(jìn)口高強(qiáng)度特種浸漬金屬石墨作為靜環(huán)材料。這兩種材料具有很高的抗彎強(qiáng)度、彈性模量、熱導(dǎo)率及硬度，較低的線膨脹系數(shù)，可保證機(jī)械變形和熱變形極小。石墨靜環(huán)特殊的配方和浸漬工藝可使動、靜環(huán)之間摩擦系數(shù)大大降低，自潤滑性明顯提高，明顯減少了啟動力矩[12]。

高壓的輔助密封圈設(shè)計也是相對于普通密封不同的地方。普通橡膠O型圈在高壓場合下無法穩(wěn)定地工作，容易發(fā)生擠出或爆裂的現(xiàn)象，但如果采用過高硬度的O型圈則補(bǔ)償性較差，安裝拆卸不便。針對此項(xiàng)目，決定采用進(jìn)口彈簧蓄能密封圈，即填充聚四氟乙烯與不銹鋼骨架組合而成的特殊結(jié)構(gòu)的密封圈。此種結(jié)構(gòu)的密封圈具備良好的彈性的同時，對高壓、高溫、強(qiáng)腐蝕均有很好的適應(yīng)性。

4 干氣密封控制系統(tǒng)設(shè)計

干氣密封控制系統(tǒng)是為干氣密封工作提供干凈、干燥并且具有一定壓力和流量的氣體，同時對干氣密封的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控[13]（見圖12）。作為天然氣長輸管線的壓縮機(jī)干氣密封控制系統(tǒng)，相對于常見的壓縮機(jī)干氣密封有較大的差異，概括起來有以下幾個難點(diǎn)及解決方案。

4.1 天然氣雜質(zhì)含量高——一體式過濾器

圖12 干氣密封控制系統(tǒng)流程圖Fig.12 PID of dry gas seal control system

一級密封供氣來自于壓縮機(jī)出口端的天然氣，成分較復(fù)雜，需作嚴(yán)格的凈化處理。氣源引入控制系統(tǒng)后通過一組過濾器對氣體進(jìn)行過濾。項(xiàng)目組選用的過濾器處理能力無論是顆粒大小，還是過濾效率都高于API 614標(biāo)準(zhǔn)。同時，考慮上游天然氣可能會夾帶少量液體，該過濾器還有能力除去天然氣中少量的液體懸浮顆粒及微小液滴，將其凝聚進(jìn)行排放。這樣多方面、高質(zhì)、高效的保證了過濾后的氣體干凈、干燥，為干氣密封創(chuàng)造更安全、可靠的使用環(huán)境。過濾器為一開一備，并配置有一體式恒流切換閥，能在更換濾芯時快速、方便的切換至備用過濾器，同時能夠避免切換時對一級密封氣流量和壓力帶來的波動，使干氣密封處于更加穩(wěn)定的工作環(huán)境。

4.2 天然氣帶液——電加熱器

天然氣隨著氣源和季節(jié)的變化，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)，溫度會明顯的降低，經(jīng)計算，一級密封氣經(jīng)過調(diào)節(jié)閥減壓后降溫超過20℃。天然氣中含有少量的重組分烴類介質(zhì)，容易析出，形成液態(tài)烴被帶進(jìn)密封端面，造成干氣密封的損壞。如按項(xiàng)目所給天然氣組分計算露點(diǎn)，雖然在減壓后的壓力4.2MPa（G）下的露點(diǎn)非常低-44℃，但實(shí)際運(yùn)行時氣體帶液量經(jīng)常會有較大的變化，從而導(dǎo)致露點(diǎn)升高。所以，為最大可能的保證工藝氣不出現(xiàn)帶液的情況，在減壓后系統(tǒng)還配置了電加熱器，對降溫后的氣體再進(jìn)行加熱，使其遠(yuǎn)離露點(diǎn)，增加了干氣密封運(yùn)行的可靠性。

4.3 無開車氣源——增壓裝置

在壓縮機(jī)停車和場站最初的開車階段，一級密封氣的兩路氣源壓力不足，不能有效地阻擋臟的工藝氣。因此配置了增壓裝置，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(jì)性考慮，整個項(xiàng)目采用一套能夠滿足四臺壓縮機(jī)同時需要的增壓裝置即可。

增壓裝置主要由被增壓單元和驅(qū)動氣單元組成。

1）被增壓單元

裝置引空冷器后匯管工藝氣作為被增壓氣氣源，通過一開一備過濾器對其進(jìn)行過濾，除去氣體中≥5μm的固體顆粒和可能含有的微量液滴，滿足增壓泵的使用要求。經(jīng)過濾處理后分為兩路，一路進(jìn)入增壓泵在需要時對其進(jìn)行增壓，另一路作為增壓泵旁路，在氣源壓力足夠不需要增壓時，直接引至干氣密封控制系統(tǒng)使用。經(jīng)過增壓泵增壓后的氣體進(jìn)入緩沖罐減小氣流的脈沖后，引至干氣密封控制系統(tǒng)使用。

2）驅(qū)動氣單元

引空氣作為增壓泵驅(qū)動氣氣源，通過過濾器對其進(jìn)行過濾，除去氣體中≥5μm的固體顆粒和可能含有的微量液滴，滿足增壓泵的使用要求?？諝饨?jīng)過濾處理后，一路經(jīng)減壓閥減壓進(jìn)入增壓泵驅(qū)動氣進(jìn)口，作為增壓的動力源；另一路則經(jīng)過電磁閥，進(jìn)入增壓泵先導(dǎo)口，作為內(nèi)部執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動力源，通過在控制室設(shè)置邏輯控制這路氣的電磁閥開關(guān)，就在需要時實(shí)現(xiàn)增壓泵的自動啟停。

4.4 二級泄漏氣的安全隱患——避開爆炸極限

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。

隔離氣供氣單元主要是提供一路氣體，通過干氣密封大氣側(cè)梳齒密封阻擋住壓縮機(jī)軸承潤滑油進(jìn)入干氣密封，通常采用的是空氣或氮?dú)?。隔離氣一部分進(jìn)入軸承箱，另一部分則和二級密封端面泄漏的微量氣體混合進(jìn)入二級泄漏管路，引出安全區(qū)域排放。

由于現(xiàn)場未有氮?dú)鈿庠矗荒懿捎每諝庾鳛楦綦x氣的氣源。氣源引入控制盤后通過一組一開一備的空氣過濾器對氣體進(jìn)行過濾。其過濾能力達(dá)到除去≥1μm的固體顆粒效率為99%，高于標(biāo)準(zhǔn)要求，同樣也能夠除去空氣中少量的液體懸浮顆粒及微小液滴，保證進(jìn)入密封的氣體干凈、干燥。過濾后的空氣再通過能夠穩(wěn)定閥后壓力的自力式調(diào)節(jié)閥減壓，最后分為兩路，分別經(jīng)過孔板節(jié)流，進(jìn)入干氣密封。調(diào)節(jié)閥后配置有壓力變送器，對閥后壓力進(jìn)行監(jiān)控，并通過壓力信號在控制室設(shè)置邏輯控制，防止未投用隔離氣時啟動潤滑油泵，造成潤滑油污染密封。

由于二級泄漏氣是天然氣與空氣的混合氣體，會有爆炸的隱患（天然氣主要成分為甲烷，其爆炸極限為5%～15%，即天然氣與空氣混合后，天然氣的濃度為5%～15%時，接觸火源就會發(fā)生爆炸）。所以在設(shè)計初期就對二級泄漏爆炸極限作了分析報告，使隔離氣的注入氣量在滿足擋油條件的同時避開天然氣的爆炸極限，保證現(xiàn)場運(yùn)行的安全性。分析計算后最終確定隔離氣需要的流量為80Nm3/h。

4.5 二級密封工作壓力較低——控制一級泄漏氣壓力

干氣密封工作壓差過低將會影響其長周期運(yùn)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。

密封的一級泄漏氣主要用于監(jiān)控干氣密封運(yùn)行情況，及時發(fā)現(xiàn)情況作出應(yīng)對措施，同時為二級密封運(yùn)行建立足夠的壓力。一級密封端面泄漏的少量工藝氣進(jìn)入一級泄漏氣單元，經(jīng)孔板節(jié)流后，通過背壓閥穩(wěn)定泄漏氣壓力為0.15MPa（G）（二級密封的工作壓力），最后經(jīng)過流量計引至室外安全排放?？装迩芭渲糜?只壓力變送器監(jiān)控一級泄漏氣壓力，通過該壓力信號在控制室設(shè)置報警和聯(lián)鎖，在密封發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞時，采取三取二的方式進(jìn)行聯(lián)鎖停機(jī)控制，降低了因儀表誤報警造成壓縮機(jī)停機(jī)的可能。同時泄漏通道上還配置有遠(yuǎn)傳流量計，通過在控制室對一級密封流量的監(jiān)控，也能了解密封的運(yùn)行情況。采取壓力和流量多方面來同時來對密封進(jìn)行監(jiān)控，能更加準(zhǔn)確有效的判斷密封的運(yùn)行狀態(tài)，分析問題的原因。

4.6 系統(tǒng)設(shè)計的其它特點(diǎn)

該密封的一級密封供氣主要是提供一路高于密封腔介質(zhì)側(cè)壓力的氣體，通過壓縮機(jī)軸端梳齒密封阻擋住壓縮機(jī)缸體內(nèi)臟的工藝氣進(jìn)入密封腔，為一級密封正常運(yùn)行提供干凈、干燥的工作環(huán)境。一級密封氣大部分經(jīng)軸端梳齒密封返回壓縮機(jī)缸體內(nèi)，少部分經(jīng)過一級密封端面泄漏至一級泄漏氣管路安全排放。

本項(xiàng)目一級密封供氣采用的是兩路氣源，一路作為正常運(yùn)行時使用，采用的是壓縮機(jī)出口端工藝氣；另一路在壓縮機(jī)開車階段，出口端工藝氣壓力不足時使用，采用的是場站空冷器后匯管的工藝氣。兩路氣源在達(dá)到相應(yīng)條件后由中控室給出信號，控制系統(tǒng)上的氣動球閥來實(shí)現(xiàn)自動切換，無需人為在現(xiàn)場進(jìn)行操作。

經(jīng)過濾后的工藝氣通過氣動薄膜調(diào)節(jié)閥減壓，將閥后壓力控制在高于平衡管壓力0.4MPa，調(diào)節(jié)閥由監(jiān)測閥后與平衡管之間的差壓信號來自動控制，維持差壓的恒定，保證壓縮機(jī)在進(jìn)出口壓力出現(xiàn)波動時，一級密封氣能夠維持足夠的壓力。減壓后的工藝氣分為兩路，通過調(diào)節(jié)每路的節(jié)流閥，使其流量達(dá)到設(shè)計值，最后進(jìn)入干氣密封實(shí)現(xiàn)其功能。該流量是一級密封氣實(shí)現(xiàn)其功能的一個非常重要指標(biāo)，不宜過小也不宜過大，過小達(dá)不到阻擋臟的工藝氣回流的目的，過大會造成工藝氣的消耗量增加，運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性差。根據(jù)主機(jī)廠給出的軸端梳齒密封與機(jī)組轉(zhuǎn)子的間隙，按穩(wěn)態(tài)吹掃模型計算確定流量為140Nm3/h。

4.7 與壓縮機(jī)共用底座的控制盤管路布置

該控制系統(tǒng)及電加熱裝置與壓縮機(jī)共用底座，空間較為有限。均采用三維繪圖軟件PROE按實(shí)物尺寸進(jìn)行建模，然后再進(jìn)行整體裝配，在主機(jī)廠要求整體結(jié)構(gòu)緊湊的情況下，其管路的合理性、美觀性、可操作性也能得到充分的保證。同時，還能與主機(jī)廠和設(shè)計院采用三維模型進(jìn)行設(shè)計對接，極大方便了整個項(xiàng)目設(shè)備布局的優(yōu)化設(shè)計。

5 結(jié)論

干氣密封本體及整個密封系統(tǒng)的研制滿足了機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行的預(yù)期目的。干氣密封有效地避免了天然氣與密封油的相互污染，使天然氣中不帶油，密封油中不帶天然氣。干氣密封本體及干氣密封系統(tǒng)即能滿足壓縮機(jī)組的頻繁啟停，又能滿足天氣變化時壓縮機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，提高了整個流程的可靠性。

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Design and Application of a Dry Gas Seal on Gas for Natural Gas Compressor

LiangHan
（Shenyang Blower Worke Group Corporation）

According to the structural characteristics and the operating environments of long distance natural gas pipeline compressors,the dry gas seal and control system panel were designed and analyzed.An actual engineering solution of dry gas seal system was developed，which include the design,the stress and strain analysis and structure optimization of the key components.In addition,the adaption of the dry gas seal to the frequent starting and the analysis of materials of the dynamic and static ring control system，which includes integrated filter,electric heater,supercharging device,explosion limit design, pressure design of first-stage leakage etc.were performed.

dry gas seal，pipeline compressor，gas，control system，natural gas compressor，centrifugal compressor

TB42；TK05

1006-8155（2017）02-0076-08

A

10.16492/j.fjjs.2017.02.0014

2016-11-03 遼寧 沈陽 110869