压缩机干气密封控制系统改型

压缩机干气密封控制系统改型

严安

（中国石化扬子石油化工有限公司芳烃厂；江苏南京210048）

摘要：介绍了某石化装置循环氢压缩机YTG-804型串联式干气密封控制系统流程及问题，对系统改型前后进行了详细的介绍，并对旧系统进行优化改型，改型后的系统符合规范标准并有效的保证了干气密封的运行。

关键词： 压缩机  干气密封  控制系统  改型

某石化芳烃装置700#单元循环氢压缩机型号为10MV2A，轴功率2668KW，稳定状况下工作转速为8990r/min，最大操作转速9443r/min，进口压力1.18MPa，出口压力1.47MPa，最大操作压力2.67MPa，进口温度40℃，出口温度59℃，流量310.15km³/h（在压力101.325kpa，温度20℃标准状态下测定）。压缩机为德国DEMAG公司制造的筒形结构的2级离心压缩机，内缸是水平剖分结构，循环氢压缩机干气密封选用成都一通密封股份有限公司设计生产 YTG-804 型带中间梳齿的串联式干气密封。该干气密封系统在2009年投用至今，一直运行稳定，自2019年在极端天气下一级泄漏压差PDT43-1波动后，系统的不稳定性弊端开始出现。并在当前的标准规范下，多处监控点及参数不符合当前石化行业需求，因此对干气密封控制系统进行改型。

1、干气密封控制系统简介

YTG-804型串联式干气密封为带中间梳齿的串联式结构，由两套动静环密封串联组成。动环端面为螺旋槽结构，在密封运转时密封面被推开，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，此气膜厚度一般为3μm左右，当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，该气膜十分稳定。干气密封供气系统由一级密封工艺气、二级密封缓冲气及隔离气三块系统构成。一级密封工艺气（压缩机出口氢气及新氢）经过脱液罐脱液后，在通过1μm的密封气过滤器，通过气动薄膜调节阀进入高低压端一级密封面，压力由气动薄膜调节阀保证在0.1MPa，流量由手动针型阀控制，保证稳定的压力和流量进入到一级密封面。二级密封为氮气经过精度为1μm 的缓冲气过滤器，经过自立式调节阀减压到0.3MPa，保证稳定的压力和流量进入到高压端及低压端二级密封腔端面。隔离气取自缓冲气氮气同样经过自立式调节阀后，在经过限流孔板3mm孔泄压至0.02MPa到达隔离气梳齿密封结构内确保润滑油不进入到密封内损坏端面。干气密封正常运转时，一级密封气大部分进入到压缩机机体内，少部分泄漏进入二级密封腔同大部分的隔离气排放至火炬系统。二级密封也会有微量氮气泄漏与大部分的隔离气汇合排向大气中。

2、旧干气密封系统存现的问题

该系统2009年投用，前期投用使用情况良好，但是随着时间推移，原控制系统不稳定，抗干扰能力差的弊端出现，如上文所提的极端天气影响高压端泄漏压差PDT43-1参数波动，同时多个控制系统无远传功能或在DCS上无实时数据。根据《炼油企业压缩机组干气密封管理指导意见》中表明串联式干气密封隔离气、一级密封气注入量应设置流量监测，一级密封气泄漏量、泄漏气压力应设置报警及连锁；一级密封气与平衡管应设置标准压差报警等。同时根据《API 692》新干气密封标准关于主密封气排火炬/排空系统中表示，Module H为压力与流量监控模块为必选项，表示用压力与流量来监测干气密封的主密封气运行状况。并明确指出，配备压力指示变送器来监测主密封气排放压力，配备流量变送器来监测主密封气排放流量。因此旧干气密封系统已不符合当前标准和装置生产安全需要，对其进行改型。

3、新干气密封系统改造方案及成果

3.1增加脱液罐液位远传系统

一级密封工艺气由外引新氢和压缩机出口氢气组成，经过脱液罐滤芯过滤器进入密封腔体，未经过滤的密封工艺气进入密封腔体后会损坏干气密封端面。原系统在脱液罐上安装了就地液位计及液压开关，无法实时的在DCS系统中观察到脱液罐的液位状况，新系统将液位开关更换为液位变送器，可实时的观察脱液罐的液位状况。

3.2二级密封进气量改变

原干气密封系统二级密封进气量为2m³/h，在规范中未能查到相关标准，是生产厂家依据经验值选取。在API692-2018中第6.6.1条关于气体的流速做了明确规定（见下表一），对于中间迷宫密封，通过的气体流速应≥3m/s，方能将一级泄漏的气体完全带入火炬燃烧[1]。按照干气密封中间迷宫梳齿直径及间隙计算，原设计的缓冲气量2Nm³/h仅能满足流速约为2m/s，所以按照规定，将缓冲气的流量加大到5Nm³/h，能够有效的带走一级密封的泄漏气，确保干气密封的有效运行。

表1 最小气体流速

3.3平衡管压差参数变更

将干气密封的一级密封与平衡管压差由原来的数值0.05MPa调整为0.1MPa。优化了调节阀的控制方式，旧干气密封系统调节阀采用一级密封与平衡管压差来进行调节，未设置一级密封进气量监测

[2]。平衡管的取压点压力不能真实反映高压侧密封腔的实际压力，在平衡管堵塞或偏流等情况下，高压侧的密封腔压力是高于低压侧密封腔的压力，大量气体会进入到低压侧，无法保证高压侧的进气量[3]。因此提高一级密封与平衡管的压差，并将气动薄膜调节阀的控制方式由压差控制更改为压差控制和流量调节方式，通过孔板流量计后的针型阀调节进气量，直观显示进气量避免一级密封的流量大部分进入到设备低压侧，引起高压侧密封因流速过低导致压缩机内的气体进入到密封内从而损坏密封。

3.4 联锁系统方式变化

旧干气密封系统采用的联锁方式为一级密封泄漏压差三取二联锁，此联锁方式容易受到火炬背压的影响[4]。在火炬背压无波动时一级密封泄漏压差能有效反应干气密封运行状况，当时火炬背压出现大幅度波动，会同步影响一级密封泄漏压差参数产生波动，导致机组出现误联锁。新干气密封系统采用孔板前压力监测，孔板后流量监测，能够直观反映二级密封腔的实际压力以及判断一级和二级密封的运行状况。同时新标准《API 692》明确规定压力与流量监控模块为必选项，因此用一级密封流量和压力二取二联锁替代旧系统中的一级密封泄漏压差三取二联锁。

3.5一级密封泄漏量

一级密封泄漏流量报警值的设定是基于API692中关于串联式密封泄漏报警推荐值而来，高报警值为正常保证点泄漏流量的 300%，高高报警值为正常保证点泄漏量的 500%。此数值为API标准的推荐值，另外根据厂家多年来的实际运用经验，针对具体介质情况会有少许调整，特别是对于氢气类介质，分子量非常小，所以实际泄漏量会相应放大一些[5]。

3.6 控制系统改型后效果对比

改造后的干气密封运行稳定，高低压端一级泄漏流量及泄漏压力等参数均在正常范围内如下图所示。新旧系统一年内的一级密封泄漏压力及一级密封泄漏压差波动趋势如图所示，对比图中能看出压缩机新干气密封系统运行稳定，旧干气密封系统运行有大幅波动。同时新干气密封系统在极端天气下，各参数均无异常。经过实践证明干气密封控制系统更新改型后能够满足装置安全稳定生产需要，提高了抗干扰能力。

                   一级密封泄漏压力；    一级密封泄漏压差；

图1 更改前后泄漏压差和压力对比

4、总结

1）新增加的脱液罐远传监控系统、密封气及工艺气进气流量监测等均能有效的保证了对干气密封运行的实时监测。联锁方式及平衡管参数的优化进一步稳定了干气密封的运行。        

2）虽然新干气密封控制系统改型成功，但仍然有改进空间，因每日对压缩机机体进行排液，说明工艺气中有微量水分，需要在密封气增加电伴热或蒸汽伴热，并增加温度变送器监测密封气进气温度，进一步保证干气密封的安全稳定运行。

参考文献

[1]赵亮. 压缩机干气密封一级泄漏流量低原因分析及处理[J]. 设备管理与维修, 2022(18):3

[2]王立学, 薛志成, 张星,等. 离心式天然气压缩机干气密封故障研究进展[J]. 石化技术, 2022, 29(8):3

[3]郭飞虎. 离心压缩机用干气密封静态泄漏试验方案分析[J]. 天然气与石油, 2022(002):040

[4]赵福瑞. 干气密封在反应循环气压缩机中的应用研究[D]. 大连理工大学, 2009

[5]刘晓晨, 穆坤, 余光兴,等. 离心式压缩机干气密封运行维护研究[J]. 四川化工, 2022(002):025

作者简介：严安，助理工程师，2019年毕业于常州大学机械制造及其自动化专业，现在芳烃厂二甲苯联合装置从事设备管理工作。