離心壓縮機(jī)用干氣密封靜態(tài)泄漏試驗(yàn)方案分析

郭飛虎

沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司, 遼寧 沈陽 110869

0 前言

干氣密封作為新型密封技術(shù),在石油化工行業(yè)用離心壓縮機(jī)上已得到了廣泛應(yīng)用[1]。隨著干氣密封技術(shù)的不斷提升,同時(shí)為了適應(yīng)當(dāng)前市場的發(fā)展,2018年美國石油學(xué)會(huì)(American Petroleum Institute,API)頒布了專門針對(duì)干氣密封本體和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)API 692 Dry gas sealing systems for axial,centrifugal,rotary screw compressors and expanders(以下簡稱API 692)，但由于在干氣密封本體和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造以及檢驗(yàn)等方面要求的嚴(yán)格性,并未得到全面推廣[2],目前行業(yè)內(nèi)所用干氣密封標(biāo)準(zhǔn)仍按照API 614 Lubrication,shaft-sealing and oil-control systems and auxiliaries(以下簡稱API 614)和API 617 Axial and centrifugal compressors and expander-compressors(以下簡稱API 617)執(zhí)行,僅某些條款參照API 692的要求[3]。

API是一家專業(yè)的石油協(xié)會(huì)機(jī)構(gòu),其制定并頒布的石油化工和采油機(jī)械行業(yè)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用廣泛,在世界范圍內(nèi)被ISO、國際法制計(jì)量組織和多個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)體系所引用[4]。目前,API 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)作為石油化工行業(yè)內(nèi)用動(dòng)、靜設(shè)備及其輔助設(shè)備普遍執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)要求緊跟行業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展[5]。

本文以離心壓縮機(jī)用干氣密封靜態(tài)泄漏試驗(yàn)為研究對(duì)象,試圖通過分析和比較不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn)的要求,為離心壓縮機(jī)設(shè)備制造廠內(nèi)進(jìn)行整機(jī)帶干氣密封靜態(tài)泄漏試驗(yàn)提供思路。

為了便于了解離心壓縮機(jī)用干氣密封靜態(tài)泄漏試驗(yàn),首先介紹當(dāng)前API標(biāo)準(zhǔn)中離心壓縮機(jī)用干氣密封靜態(tài)泄漏試驗(yàn)在離心壓縮機(jī)設(shè)備制造廠試驗(yàn)環(huán)節(jié)的相關(guān)要求和內(nèi)容。

1 對(duì)干氣密封本體的要求

1.1 API 614

API 614現(xiàn)行最新版為2008年第5版，按照實(shí)際執(zhí)行情況,標(biāo)準(zhǔn)的第4部分內(nèi)容目前已成為行業(yè)內(nèi)干氣密封設(shè)計(jì)最基本的要求[6]。但由于API 614發(fā)布年限以及行業(yè)劃分等原因,已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前干氣密封的發(fā)展,也無法對(duì)干氣密封設(shè)計(jì)、制造形成有效的技術(shù)指導(dǎo)和支撐，故當(dāng)前已不將其作為對(duì)干氣密封的全部要求,僅作為技術(shù)參考[7]。

API 614關(guān)于干氣密封靜態(tài)試驗(yàn)的有如下要求[8]。

1)7.3.1.2條，當(dāng)有規(guī)定時(shí),在主機(jī)設(shè)備進(jìn)行機(jī)械試運(yùn)轉(zhuǎn)期間應(yīng)使用指定的干氣密封模塊。在設(shè)計(jì)干氣密封模塊時(shí),應(yīng)考慮機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)或工廠性能試驗(yàn)過程中的氣體條件。

2)7.3.3.1條，系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行110%最大允許工作壓力時(shí)的氣體泄漏試驗(yàn)。

3)7.3.3.2條，除非另有規(guī)定,密封氣體分子量小于等于12 時(shí),試驗(yàn)氣體應(yīng)該是氦氣,密封氣體分子量大于12 時(shí),試驗(yàn)氣體應(yīng)該是空氣或氮?dú)?。試?yàn)氣體應(yīng)清潔干燥。

以上為API 614有關(guān)干氣密封系統(tǒng)靜態(tài)泄漏試驗(yàn)的全部要求,但針對(duì)干氣密封本體并沒有明確或詳細(xì)的試驗(yàn)程序及步驟要求[9]。

1.2 API 617

API 617現(xiàn)行最新版是2014年第8版,其應(yīng)用場合更廣泛,隨著行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，API 617進(jìn)行過多次升版和修正。對(duì)軸流、離心壓縮機(jī)、膨脹機(jī)—壓縮機(jī)及其輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)提供了詳細(xì)指導(dǎo),故API 617已成為行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的最基本標(biāo)準(zhǔn)[10]。

API 617明確規(guī)定了對(duì)壓縮機(jī)輔助設(shè)備如軸端密封的要求,因此目前干氣密封本體的設(shè)計(jì)、制造以及試驗(yàn)也是以API 617做為最基本的要求和準(zhǔn)則。

API 617第1部分附錄F中,對(duì)干氣密封本體靜態(tài)測試步驟有詳細(xì)的要求[11]。

需要說明的是,干氣密封本體在密封設(shè)備制造廠內(nèi)做試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí),依次按照靜態(tài)泄漏試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)的步驟進(jìn)行。動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)的壓力和靜態(tài)泄漏試驗(yàn)的壓力要求完全一致,只是需要模擬離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在不同運(yùn)行轉(zhuǎn)速條件下干氣密封的泄漏狀態(tài)。由于本文不對(duì)動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)進(jìn)行分析,故此處不做詳細(xì)說明。

1.3 API 692

API 692是專門針對(duì)干氣密封本體及系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)行最新版為2018年首次發(fā)布的0版,其中第2部分是關(guān)于干氣密封本體的設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)的要求。

在API 692第2部分附錄B中對(duì)干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn)有明確要求。針對(duì)不同型式的干氣密封,對(duì)其試驗(yàn)的壓力、試驗(yàn)步驟、冷卻靜止?fàn)顟B(tài)、熱運(yùn)行狀態(tài)以及熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)都有詳細(xì)要求。

以目前行業(yè)內(nèi)應(yīng)用廣泛的串聯(lián)式干氣密封和并聯(lián)式干氣密封兩種型式為例,API 692對(duì)于干氣密封本體的靜態(tài)泄漏試驗(yàn)分別有如下要求[12]。

1.3.1 串聯(lián)式干氣密封

串聯(lián)式干氣密封泄漏試驗(yàn)?zāi)M離心壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)作狀態(tài),按照先后順序由冷卻靜止?fàn)顟B(tài)測試和熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)測試組成。

首先進(jìn)行一級(jí)密封環(huán)(主密封)的冷卻靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn)，再進(jìn)行二級(jí)密封環(huán)(副密封)的冷卻靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn);然后進(jìn)行一級(jí)密封環(huán)(主密封)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn),以及一級(jí)密封環(huán)(主密封)的啟動(dòng)—停機(jī)試驗(yàn);最后進(jìn)行二級(jí)密封環(huán)(副密封)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)和熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)試驗(yàn)。

上述冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)是干氣密封最初始狀態(tài):密封本體在試驗(yàn)臺(tái)組裝后,在冷卻靜止?fàn)顟B(tài)下,對(duì)一級(jí)密封環(huán)(主密封)和二級(jí)密封環(huán)(副密封)在不同的試驗(yàn)壓力條件下按照先后順序分別測試其泄漏量。

一級(jí)密封環(huán)(主密封)的試驗(yàn)壓力應(yīng)不低于最大密封壓力。二級(jí)密封環(huán)(副密封)的試驗(yàn)過程與一級(jí)密封環(huán)(主密封)試驗(yàn)過程完全相同。為準(zhǔn)確檢測二級(jí)密封環(huán)的泄漏量,在試驗(yàn)時(shí)需確保一級(jí)密封環(huán)(主密封)的供氣壓力大于或等于二級(jí)密封環(huán)(副密封)的試驗(yàn)壓力,具體試驗(yàn)步驟要求見表1。

表1 串聯(lián)式干氣密封冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)步驟表

表1的試驗(yàn)完畢后,進(jìn)行一級(jí)密封環(huán)(主密封)的動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)。

在一級(jí)密封環(huán)(主密封)的動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)完畢后,將試驗(yàn)樣軸降速并保持干氣密封本體在靜止?fàn)顟B(tài),再進(jìn)行一級(jí)密封環(huán)(主密封)熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)后的靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)。其過程與冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)過程相似,不再詳細(xì)描述。試驗(yàn)完畢后,再進(jìn)行一級(jí)密封環(huán)(主密封)的啟動(dòng)—停機(jī)試驗(yàn)。之后再進(jìn)行二級(jí)密封環(huán)(副密封)的動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)。在二級(jí)密封環(huán)(副密封)的動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn)完畢后,同樣將試驗(yàn)樣軸降速并保持干氣密封本體在靜止?fàn)顟B(tài),然后進(jìn)行二級(jí)密封環(huán)(副密封)熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)后的靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)。其過程與冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)過程相似,不再詳細(xì)描述。

1.3.2 并聯(lián)式干氣密封

并聯(lián)式干氣密封試驗(yàn)過程同樣包括冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)和熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)。

首先進(jìn)行密封的冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn),再進(jìn)行密封的動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn),然后進(jìn)行密封的熱運(yùn)行后的靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn),最后再進(jìn)行密封的啟動(dòng)—停機(jī)試驗(yàn)。

以上試驗(yàn)為干氣密封設(shè)備制造廠內(nèi)必做試驗(yàn)。如果有要求,最后需進(jìn)行整體密封的低速運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn),以及重復(fù)進(jìn)行冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)。具體試驗(yàn)步驟要求見表2。

表2 并聯(lián)式干氣密封冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)步驟表

表1～2為API 692關(guān)于兩種典型干氣密封本體的冷卻靜態(tài)泄漏試驗(yàn)要求,明確了干氣密封靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)行后冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏試驗(yàn)的要求和操作步驟。

2 對(duì)離心壓縮機(jī)的要求

在API 617第2部分的試驗(yàn)檢驗(yàn)章節(jié)6.3.3,要求了離心壓縮機(jī)殼體和組裝后的壓縮機(jī)(帶或者不帶干氣密封本體)靜態(tài)泄漏試驗(yàn)的相關(guān)步驟。

以上內(nèi)容也是API 617關(guān)于離心壓縮機(jī)以及干氣密封本體靜態(tài)氣體泄漏試驗(yàn)全部要求。關(guān)于干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn),僅給出了試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)結(jié)果是否合格的判定要求,但沒有給出建議的步驟。

3 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分析

不同API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)要求的深度不同,以下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容依次進(jìn)行分析。

3.1 API 614

API 614第4部分是關(guān)于密封系統(tǒng)的要求,但并未明確是針對(duì)干氣密封本體,更沒有明確是否針對(duì)壓縮機(jī)用軸端密封系統(tǒng)。由于要求的內(nèi)容不夠詳細(xì)和具體,因此對(duì)當(dāng)前石油化工行業(yè)離心壓縮機(jī)用干氣密封的針對(duì)性不強(qiáng)。

值得借鑒的是，API 614對(duì)干氣密封設(shè)備制造廠試驗(yàn)所采用的介質(zhì)有明確規(guī)定，但這部分規(guī)定出現(xiàn)在干氣密封系統(tǒng)試驗(yàn)的章節(jié)中,并未明確指出是針對(duì)干氣密封本體。故當(dāng)前行業(yè)內(nèi)干氣密封設(shè)備制造廠會(huì)依據(jù)自己的操作規(guī)程選擇試驗(yàn)介質(zhì)。

關(guān)于試驗(yàn)壓力,在后續(xù)的API 617和API 692有了更明確和詳細(xì)的要求,此處不再解讀。

3.2 API 617

API 617比API 614對(duì)干氣密封本體的試驗(yàn)要求更有針對(duì)性,并給出了可借鑒的試驗(yàn)壓力和試驗(yàn)步驟要求。API 617針對(duì)離心壓縮機(jī)相關(guān)的內(nèi)容更多,對(duì)離心壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)用干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn)都有要求。

API 617第2部分附錄F中明確干氣密封的靜態(tài)試驗(yàn)壓力為規(guī)定的最大靜態(tài)密封壓力，但API 617全文中沒有“規(guī)定的最大靜態(tài)密封壓力(Maximum Specified Static Seal Gas Pressure)”和“最大靜態(tài)密封壓力(Maximum Static Seal Gas Pressure)”的定義,只有“最大密封壓力(Maximum Sealing Pressure)”的定義。

API 617對(duì)最大密封壓力的定義為:在任何規(guī)定的靜態(tài)或運(yùn)轉(zhuǎn)條件下,以及在啟動(dòng)、停車期間,密封組件需要密封的最高壓力。API 617 4.10.1.3中明確:最大密封壓力至少應(yīng)當(dāng)?shù)韧凇皽魤毫?Settle-out Pressure)”。

對(duì)于以上內(nèi)容分析,從防止系統(tǒng)泄漏的角度出發(fā),為保證干氣密封的功能可靠,密封組件在靜止?fàn)顟B(tài)下需要密封的最低壓力選擇為滯留壓力是最基本的要求。因此如果沒有特殊要求,干氣密封設(shè)備制造廠通常以滯留壓力為基準(zhǔn),并在此數(shù)值基礎(chǔ)上增加一定安全設(shè)計(jì)余量作為干氣密封本體的靜態(tài)設(shè)計(jì)壓力。

需要特別說明的是,正如API標(biāo)準(zhǔn)里提及的“設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速等詞匯,只是離心壓縮機(jī)設(shè)備制造廠使用的術(shù)語”,因此API標(biāo)準(zhǔn)中沒有此類術(shù)語的解釋。

基于以上分析認(rèn)為，API 617提及的干氣密封靜態(tài)試驗(yàn)壓力規(guī)定的“最大靜態(tài)密封壓力”可以等同于“最大密封壓力”。

針對(duì)壓縮機(jī)的靜態(tài)泄漏試驗(yàn),API 617給出了兩個(gè)不同的試驗(yàn),兩者的壓力和試驗(yàn)狀態(tài)也不同。

首先明確靜態(tài)泄漏試驗(yàn)是離心壓縮機(jī)設(shè)備制造廠必做試驗(yàn)(Required Test)。試驗(yàn)狀態(tài)為“組裝好軸端密封的壓縮機(jī)整體”,試驗(yàn)壓力是最大密封壓力或最大密封設(shè)計(jì)壓力,試驗(yàn)介質(zhì)是惰性氣體。

其次在上述必做試驗(yàn)完成后,需進(jìn)行買方明確條件的可選試驗(yàn)(Optional Test)。明確條件包括是否需要此試驗(yàn),以及如果需要其試驗(yàn)條件如何規(guī)定。試驗(yàn)狀態(tài)是“可以包括或者不包括組裝好軸端密封的壓縮機(jī)整體”。試驗(yàn)壓力是“規(guī)定的最大出口壓力(Maximum Specified Discharge Pressure)”。

對(duì)于必做試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力,可將其理解為離心壓縮機(jī)設(shè)備制造廠在基于最大密封壓力要求的前提下,考慮設(shè)備設(shè)計(jì)溫度、選材等條件的設(shè)計(jì)允許值。因此對(duì)于必做試驗(yàn),試驗(yàn)壓力至少應(yīng)不低于最大密封壓力。

而對(duì)于之后的可選試驗(yàn),試驗(yàn)壓力就是離心壓縮機(jī)的額定出口壓力，這是以上兩個(gè)試驗(yàn)最大的區(qū)別。

接下來對(duì)兩個(gè)試驗(yàn)的含義進(jìn)行分析。

在長時(shí)間靜止同時(shí)沒有增壓的狀態(tài)下,離心壓縮機(jī)出口壓力不會(huì)超過滯留壓力。因此如果沒有特殊要求,干氣密封設(shè)備制造廠選擇將最大密封壓力作為干氣密封本體靜態(tài)設(shè)計(jì)壓力的基準(zhǔn)來滿足實(shí)際操作需求。

而實(shí)際操作狀態(tài)下,絕大部分離心壓縮機(jī)額定出口壓力高于滯留壓力[13]。如果離心壓縮機(jī)在帶干氣密封組裝后直接做上述可選試驗(yàn)的狀態(tài)下,其試驗(yàn)壓力會(huì)超過干氣密封靜態(tài)設(shè)計(jì)壓力,為保證干氣密封本體的安全，必定會(huì)導(dǎo)致變更干氣密封本體設(shè)計(jì)條件[14]。因此,API 617對(duì)于離心壓縮機(jī)整機(jī)氣體泄漏的可選試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了安裝或不安裝軸端密封，同時(shí)API 692對(duì)這種特殊情況也給出了解釋和說明。

3.3 API 692

API 692是專門針對(duì)干氣密封頒布的標(biāo)準(zhǔn),因此要求也更明確和詳細(xì)。

在API 692第2部分附錄B中,明確要求試驗(yàn)壓力是“最大密封壓力”和“額定的靜態(tài)密封壓力(Static Pressure Rating)”。其中最大密封壓力適用于密封泄漏試驗(yàn)壓力增壓過程,額定的靜態(tài)密封壓力適用于泄漏試驗(yàn)壓力穩(wěn)定狀態(tài)。

API 692給出了最大密封壓力的定義為:在任何規(guī)定的操作條件下(包括啟動(dòng)、停車、滯留和待機(jī)期間),密封組件需要密封的最高壓力。同時(shí),在第1部分6.2.2中明確指出:最大密封壓力應(yīng)當(dāng)至少等同于滯留壓力。這里的描述與API 617的描述完全一致。

除此之外,API 692還給出了“額定的靜態(tài)密封壓力”和“額定的動(dòng)態(tài)密封壓力”這兩個(gè)概念。額定的靜態(tài)密封壓力定義為在軸不旋轉(zhuǎn)時(shí),密封組件能夠在最高允許溫度下連續(xù)工作的最高密封壓力。而額定的動(dòng)態(tài)密封壓力定義為在軸旋轉(zhuǎn)時(shí),密封組件能夠在最高允許溫度下連續(xù)工作的最高密封壓力。

API 692第2部分6.9.1.10中規(guī)定:干氣密封額定的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封壓力應(yīng)高于最大密封壓力或者離心壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力。如果密封額定的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封壓力小于離心壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力,需要買、賣雙方就此問題進(jìn)行評(píng)定并達(dá)成一致，并備注:對(duì)需要滿足壓縮機(jī)殼體最大允許工作壓力的干氣密封進(jìn)行壓力評(píng)定,可能會(huì)導(dǎo)致密封材料和/或設(shè)計(jì)發(fā)生變化,或者極端情況下,會(huì)超出密封供應(yīng)商當(dāng)前的設(shè)計(jì)限制。

為了更好理解上述要求,API 692給出了“最大允許工作壓力(Maximum Allowable Working Pressure)”的概念，其定義為在指定的最大允許溫度下處理規(guī)定的氣體時(shí),制造商設(shè)計(jì)的設(shè)備(或該術(shù)語所指的任何部件)所能承受的最大連續(xù)工作壓力。除此之外,API 692再未對(duì)最大允許工作壓力進(jìn)行過闡述或約定。

由于API 692 6.9.1.10提及“壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力”,因此需要在API 617尋找對(duì)這個(gè)概念的定義和闡述。

在API 617中“最大允許工作壓力”定義為制造商所設(shè)計(jì)的設(shè)備(或該術(shù)語所指的任何部件)所能承受的最大連續(xù)工作壓力，并備注:通常預(yù)期的值可以基于滯留壓力、最大吸入壓力時(shí)在最大速度(跳閘速度)條件下所產(chǎn)生的最大壓差,或者可能受安全閥的泄壓設(shè)定值或其他因素來確定。

另外,API 617第2部分4.6.1.1中明確:殼體的最大允許工作壓力至少應(yīng)當(dāng)?shù)韧谝?guī)定的安全閥設(shè)定壓力。4.6.1.1.1進(jìn)一步約定:當(dāng)沒有規(guī)定安全閥的泄壓設(shè)定值時(shí),最大允許工作壓力至少應(yīng)當(dāng)是規(guī)定的最大出口壓力(表壓)的1.25倍。

以上內(nèi)容對(duì)離心壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力描述已經(jīng)非常明確。

由于最大允許工作壓力是一種設(shè)備連續(xù)工作的狀態(tài),正如此前提及,通常情況下離心壓縮機(jī)的出口壓力不會(huì)超過滯留壓力。而制冷機(jī)組由于存在飽和蒸氣壓的問題,其最大密封壓力有可能超過最大允許工作壓力[15]。除此之外,絕大部分離心壓縮機(jī)的最大允許工作壓力肯定高于最大密封壓力。

因此,在API 692第2部分6.9.1.10中“干氣密封額定的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)密封壓力應(yīng)高于最大密封壓力或者壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力”的要求，很明顯與“超過壓縮機(jī)殼體的最大允許工作壓力”的要求和干氣密封設(shè)備制造廠的設(shè)計(jì)均是相違背的,因此,API 692將這種有可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)在備注中給出了解釋說明。由此可以看出,API標(biāo)準(zhǔn)的描述是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

關(guān)于干氣密封的試驗(yàn)步驟。API 692第2部分附錄B中給出了不同類型干氣密封本體靜態(tài)試驗(yàn)的詳細(xì)步驟,以及各步驟的相應(yīng)要求。這些內(nèi)容和要求完全可以指導(dǎo)干氣密封設(shè)備制造廠進(jìn)行試驗(yàn)。

4 設(shè)備制造廠內(nèi)試驗(yàn)

4.1 干氣密封

不同的干氣密封設(shè)備制造廠會(huì)采用不同的試驗(yàn)裝置進(jìn)行干氣密封本體靜態(tài)和動(dòng)態(tài)泄漏試驗(yàn),這是基于對(duì)API標(biāo)準(zhǔn)中的試驗(yàn)要求以及對(duì)試驗(yàn)裝置的可操作性來考慮的[16]，整體思路和過程與API 692的要求一致。

4.1.1 干氣密封泄漏試驗(yàn)裝置

以典型的串聯(lián)式帶中間迷宮密封的干氣密封為例,描述干氣密封設(shè)備制造廠的試驗(yàn)裝置及方法。干氣密封泄漏試驗(yàn)裝置見圖1。

圖1 干氣密封泄漏試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of dry gas seal leakage test device

干氣密封泄漏試驗(yàn)裝置與干氣密封配合部分的尺寸和結(jié)構(gòu)模擬了離心壓縮機(jī)的殼體結(jié)構(gòu),包括試驗(yàn)腔體與試驗(yàn)樣軸。為滿足試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)功能,仍需其他的結(jié)構(gòu)部件滿足在干氣密封設(shè)備制造廠內(nèi)的試驗(yàn),如必要的驅(qū)動(dòng)和冷卻裝置[17]。

首先固定干氣密封泄漏試驗(yàn)裝置,將試驗(yàn)樣軸通過滑動(dòng)軸承與腔體連接。腔體左側(cè)端部設(shè)置試驗(yàn)平衡腔,用來模擬壓縮機(jī)腔體內(nèi)部狀態(tài)[18]。將干氣密封本體安裝并固定于試驗(yàn)樣軸之上,并保證干氣密封動(dòng)環(huán)與樣軸的相對(duì)固定。干氣密封本體通過軸向定位卡環(huán)與試驗(yàn)腔體軸向定位并固定。

干氣密封本體安裝完畢后,通過端蓋將試驗(yàn)腔體密封。試驗(yàn)樣軸由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),模擬壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行狀態(tài)。

4.1.2 干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn)步驟

試驗(yàn)樣軸維持靜止?fàn)顟B(tài),依次對(duì)一級(jí)密封環(huán)(主密封)和二級(jí)密封(副密封)進(jìn)行靜態(tài)壓力試驗(yàn)。每個(gè)密封環(huán)的試驗(yàn)過程均從0轉(zhuǎn)速、0壓力開始,依次按照25%、50%、75%、100%最大密封壓力進(jìn)行升壓,并在各壓力狀態(tài)下維持一定時(shí)間；然后依次按照75%、50%、25%最大密封壓力進(jìn)行降壓，直至0壓力，在此過程中測量并記錄各密封環(huán)泄漏量的數(shù)值。

試驗(yàn)一級(jí)密封環(huán)(主密封)冷卻靜止?fàn)顟B(tài)泄漏時(shí),A口維持試驗(yàn)充氣壓力,并維持F口壓力不低于A口壓力，以防止一級(jí)密封環(huán)(主密封)試驗(yàn)壓力向外部泄漏,然后測量B口泄漏量。

試驗(yàn)二級(jí)密封環(huán)(副密封)靜態(tài)泄漏時(shí),C口維持試驗(yàn)充氣壓力,并維持F口和A口壓力不低于C口壓力，以防止二級(jí)密封環(huán)(副密封)試驗(yàn)壓力向外部泄漏,將B口封閉,然后測量D口泄漏量。

干氣密封本體動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的過程和步驟基本與上述類似。由于考慮干氣密封本體是安裝在離心壓縮機(jī)主軸上,并隨同離心壓縮機(jī)一同運(yùn)轉(zhuǎn),因此還需要考核正常轉(zhuǎn)速、最大連續(xù)轉(zhuǎn)速、跳閘轉(zhuǎn)速等不同轉(zhuǎn)速條件下干氣密封的泄漏,這里不再詳細(xì)闡述。

4.2 離心壓縮機(jī)

由于干氣密封本體出廠前,都按照上述過程進(jìn)行了密封本體的靜態(tài)泄漏試驗(yàn)。因此在離心壓縮機(jī)制造廠內(nèi)進(jìn)行的整體泄漏試驗(yàn)主要關(guān)注的是安裝或不安裝軸端密封后,壓縮機(jī)殼體接合面的密封性,其過程相對(duì)簡單。離心壓縮機(jī)整機(jī)泄漏試驗(yàn)見圖2。

圖2 離心壓縮機(jī)整機(jī)泄漏試驗(yàn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of assembled centrifugal compressor gas leakage test

首先對(duì)已在離心壓縮機(jī)殼體內(nèi)安裝完畢的干氣密封在靜止?fàn)顟B(tài)下A口充氣,充氣壓力不低于最大密封壓力。然后再向離心壓縮機(jī)殼體內(nèi)部充氣,直至殼體內(nèi)部壓力達(dá)到最大密封壓力,可通過F口進(jìn)行測量。這個(gè)過程應(yīng)始終保證干氣密封的充氣壓力不低于殼體內(nèi)部壓力,以防止殼體內(nèi)部可能殘留的雜質(zhì)進(jìn)入密封環(huán)內(nèi)部并殘留,導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)密封損壞[19]。

待離心壓縮機(jī)殼體內(nèi)部壓力達(dá)到試驗(yàn)要求的最大密封壓力并穩(wěn)定后,維持干氣密封充氣壓力[20]。此時(shí)開始持續(xù)30 min對(duì)離心壓縮機(jī)整機(jī)的密封性能進(jìn)行檢驗(yàn),同時(shí)測量并記錄B口的泄漏量,并與干氣密封設(shè)備制造廠提供的泄漏量進(jìn)行校核,以判斷試驗(yàn)是否合格。

5 結(jié)論

1)API標(biāo)準(zhǔn)在描述關(guān)鍵技術(shù)要求時(shí)非常嚴(yán)謹(jǐn)。

2)API 692作為專門針對(duì)干氣密封本體及系統(tǒng)而頒布的標(biāo)準(zhǔn),其對(duì)干氣密封的設(shè)計(jì)、制造以及試驗(yàn)的要求非常明確。

3)如果沒有特殊要求,干氣密封本體靜態(tài)泄漏試驗(yàn)可完全參照API 692執(zhí)行。

4)在干氣密封本體技術(shù)方案確定前,應(yīng)明確是否有“出口壓力條件下,帶干氣密封的壓縮機(jī)整機(jī)泄漏試驗(yàn)”驗(yàn)證。此試驗(yàn)可能會(huì)導(dǎo)致干氣密封本體的設(shè)計(jì)或材料的變更。

5)對(duì)于滯留壓力高于離心壓縮機(jī)出口壓力的特殊機(jī)組,在干氣密封本體技術(shù)方案確定前,應(yīng)就干氣密封試驗(yàn)壓力的合理性達(dá)成一致。