淺談API 692中干氣密封系統(tǒng)配置方案

梁 華，陳 超

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

美國石油協(xié)會于2018年發(fā)布了API 692軸流式、離心式和螺桿式壓縮機干氣密封系統(tǒng)的規(guī)范。該規(guī)范從通用要求、干氣密封本體、干氣密封系統(tǒng)以及干氣密封安裝和試車4部分，詳細介紹了干氣密封的設(shè)計和制造原則【1-2】。本文著重從干氣密封系統(tǒng)配置方面講述了不同配置的組合，并對比了規(guī)范要求與工程實際之間的差異。

1 干氣密封系統(tǒng)配置

API 692將密封分為4類，分別是帶級間迷宮密封的串聯(lián)式密封、串聯(lián)式密封、雙端面密封和單封。以最常用的帶級間迷宮密封的串聯(lián)式密封作為案例，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 帶級間迷宮密封的串聯(lián)式干氣密封本體結(jié)構(gòu)

從圖1可以看出：一般需要3股氣體通向密封本體，分別是首道密封氣、二道密封氣和隔離氣，統(tǒng)稱為密封氣。從圖1中還可以看出：一般有2股氣體需要排放，分別是首道密封氣排放和二道密封氣排放，二者統(tǒng)稱為排放氣。實際工程中，還有密封本體的排液系統(tǒng)。而干氣密封的系統(tǒng)配置就是通過不同的配置組合來滿足密封氣、排放氣以及排液系統(tǒng)的不同要求。

API 692中，干氣密封系統(tǒng)由多個模塊組成，通過模塊的組合滿足不同的配置要求。模塊分為必選模塊和可選模塊。表1和圖2分別展示了帶級間迷宮密封的串聯(lián)密封的模塊分類和典型配置。

表1 API 692帶級間迷宮密封的串聯(lián)干氣密封模塊分類

(續(xù)表1)

圖2 帶級間迷宮密封的串聯(lián)干氣密封典型系統(tǒng)配置

2 工程比較

API 692中Module A的備用氣源的手動切換為標準配置，自動切換為可選配置。實際工程中的高壓工況【3】(如加氫裝置中的循環(huán)氫壓縮機)很難找到一股穩(wěn)定的高壓氣源作為首道密封氣，因此首道氣源一般為壓縮機出口氣。但是在壓縮機開停車或不正常工況下，壓縮機出口氣很可能不能滿足密封的壓力要求，這就需要一股可切換的備用氣源作為備用氣，一般選用中壓或高壓氮氣，且一般選用電磁閥作為自動切換閥，以保證氣源的及時切換。如圖3所示，將PDT的壓差信號低作為電磁閥SV的開啟信號，實現(xiàn)氣源的自動切換。為了防止PDT誤動作導致電磁閥關(guān)閉，可將電磁閥設(shè)為手動確認關(guān)閉。

圖3 備用氣源的自動切換

API 692中，首道密封氣可采用壓力或流量控制，控制方案有DT、DT1、DT2、DT3和DT4 五種，如圖4所示。其中DT2只適用于密封氣源非常穩(wěn)定的工況，工程中一般不常用；DT3適用于兩側(cè)密封腔壓力不一致的工況，工程中也不常用；DT4適用于壓縮機入口壓力較低的工況(如乙烯三機等)。

從圖4可以看出：無論是壓力控制還是流量控制，都需要再配置流量變送器或壓力變送器作為輔助監(jiān)測手段。

圖4 密封氣的壓差或流量控制方案

工程中常使用DT和DT1作為控制方案。流量控制(DT)方案可以完全滿足API 692中關(guān)于非墮轉(zhuǎn)工況下干氣密封內(nèi)部間隙流速不小于5 m/s 的要求，而壓差控制(DT1)可以保證密封氣壓力超過平衡壓力。值得一提的是，很多壓縮機廠為了方便，將平衡壓力的取壓口設(shè)置在平衡管上，這是不符合規(guī)范要求的。API 692規(guī)定，為了精確測量平衡壓力，應(yīng)將取壓口設(shè)置在平衡腔中而非平衡管上。

首道密封氣的排放系統(tǒng)中，Module L、L1、L2(首道密封排放背壓控制)三者必選其一，且要求在沒有二道密封氣時，應(yīng)調(diào)節(jié)背壓控制閥或孔板，將首道密封氣的排放壓力調(diào)節(jié)到比二道密封所需最小壓差大0.034 MPa。工程中常使用L2方案，很少使用L的背壓控制閥方案，但是對輸送重要氣體的壓縮機，應(yīng)使用L方案，比如制冷壓縮機。很多制冷壓縮機壓縮的制冷劑是閉式循環(huán)的，一方面不允許密封氣體充到循環(huán)中影響制冷效果，另一方面又不希望制冷劑流失，這就要求干氣密封的首道密封氣采用壓縮機出口氣，且首道密封的排氣需要回收，此時就不能再充入二道密封氣，以免二道密封氣混入到回收系統(tǒng)中。這種情況下，應(yīng)設(shè)置背壓控制閥，調(diào)節(jié)首道密封氣的排氣背壓，讓首道密封的泄漏氣作為二道密封的密封氣。同時為了防止干氣密封開停機階段的磨損物進入到密封面中，此類型壓縮機應(yīng)避免頻繁啟停。

API 692的首道密封氣的排放系統(tǒng)中，Mo-dule G 首道密封排氣壓力泄放閥為可選方案，Module H首道密封排放壓力和流量監(jiān)測為必選方案。工程實際中，對于高壓壓縮機(如加氫裂化裝置的循環(huán)氫壓縮機)，為避免密封失效時高壓氣體串入到火炬系統(tǒng)中，經(jīng)常使用爆破片作為壓力泄放設(shè)施，此時的Module G就是必須的。此外，工程實際中，首道密封氣排放系統(tǒng)的壓力或流量監(jiān)測經(jīng)常采用三取二或二取二的聯(lián)鎖方案，此時，使用流量聯(lián)鎖還是壓力聯(lián)鎖，不同人有不同的做法。因此處的流量測量往往使用孔板流量計，而不同分子量的氣體通過孔板時計算的流量差距很大。對于使用壓縮機出口氣作為主密封氣的情況，因密封損壞后泄漏的氣體與主密封氣的組成基本一致，故此時建議使用流量聯(lián)鎖方案，否則應(yīng)使用壓力聯(lián)鎖方案。圖5展示了首道密封排氣的流量聯(lián)鎖方案。

圖5 流量二取二聯(lián)鎖加并聯(lián)爆破片方案

API 692中，要求每個密封腔體都要排液，且提供了Module N、O、P、Q、R必選方案。實際工程中，受到壓縮機密封腔尺寸等原因限制，壓縮機廠往往只設(shè)置一個排液口，這不符合規(guī)范要求，應(yīng)視為對API 692的重要偏離。

3 結(jié)語

本文詳細介紹了API 692中干氣密封系統(tǒng)的配置方案，重點介紹了工程設(shè)計中的幾個案例。API 692作為較新發(fā)布的規(guī)范，有些配置方案及相關(guān)要求還沒有應(yīng)用到工程實踐中，如未來需嚴格執(zhí)行此規(guī)范，各方人員均應(yīng)在細致研讀的基礎(chǔ)上逐步適應(yīng)。