Бустеры и нагреватели уплотнительного газа в системах поддержки сухого газового уплотнения

Сурав Маджумдар и Нитин Гаисас27 января 2023 г.

Сухие газовые уплотнения представляют собой эффективное, надежное и прочное стандартное уплотнительное решение для компрессоров во всех типах процессов, используемых в нефтехимической, газовой и нефтяной промышленности. Им требуется непрерывная или бесперебойная подача чистого и сухого уплотнительного газа с расчетным расходом и диапазоном давления, чтобы гарантировать отрыв поверхностей уплотнения на оптимальных уровнях для достижения наилучших достижимых характеристик. Как в уплотнениях с сухим газом под давлением, так и без него используется чистый «уплотняющий газ» перед уплотнением из сухого газа, чтобы создать барьер против потенциально загрязненного технологического потока.

В данной статье представлен качественный обзор систем управления точкой росы и систем повышения давления уплотнительного газа, которые являются неотъемлемой частью надежности сухих газовых уплотнений. В центре внимания обсуждения сухие газовые уплотнения в центробежных компрессорах и компрессорах со встроенным редуктором; однако изложенные принципы также применимы к ротационным компрессорам объемного типа.

В нормальных условиях эксплуатации компрессоры могут обеспечивать непрерывную подачу уплотнительного газа с уровня более высокого давления в компрессоре, обычно из выпускного сопла компрессора. Системы подготовки сухого газа принимают этот газ, фильтруют, кондиционируют его и подают в уплотнения сухого газа.

Однако во время запуска, повышения давления, рециркуляции, простоя и остановки перепад давления на компрессоре падает, прерывая поток уплотнительного газа. Когда это происходит, это может привести к миграции нечистого технологического газа с последующим загрязнением и ухудшением характеристик уплотнения, что в совокупности приводит к небезопасным условиям эксплуатации, простою оборудования и возможным более высоким затратам на техническое обслуживание.

На рисунке 1 показано поперечное сечение типичного тандемного сухого газового уплотнения с промежуточным лабиринтом, а на рисунке 2 показаны типичные профили потока с повышением давления уплотнительного газа и без него во время запуска центробежного компрессора.

Когда центробежный компрессор работает в установившемся режиме и создает перепад давления, чистый и сухой уплотнительный газ обычно подается из его выпускного сопла в систему уплотнительного газа и далее к сухим газовым уплотнениям на конце вала. На рисунке 3 представлены расчетные характеристики усилителя уплотнительного газа при давлении на входе трубопроводного центробежного компрессора 725 фунтов на квадратный дюйм.

Перепад давления на центробежном компрессоре слишком низок, чтобы обеспечить требуемый расход уплотнительного газа в условиях рециркуляции, повышения давления, запуска и остановки под давлением (останова). В таких ситуациях поток уплотнительного газа к сухим газовым уплотнениям теряется и происходит миграция технологического газа в полость сухого газового уплотнения через технологический лабиринт. На рисунках 4 и 5 показано загрязнение среды сухого газового уплотнения в режиме рециркуляции и останов под давлением, вызванное обратным потоком технологического газа в полость уплотнения.

В примере, показанном на рисунке 6 для компрессора с давлением на входе 1450 фунтов на квадратный дюйм, расчетный расход уплотнительного газа 3,5 кубических футов в минуту (кубических футов в минуту) при перепаде давления 56 фунтов на квадратный дюйм достижим при рабочей скорости 3500 об/мин, чтобы избежать загрязнения полости уплотнительного газа. .

Современные усилители уплотнительного газа доступны в двух типах: пневматические и электродвигатели с регулируемой частотой, приводимые в движение обычной мощностью от 7,5 до 25 лошадиных сил. Они обеспечивают уплотнительный газ в периоды низкого доступного перепада давления и помогают обеспечить герметичную защиту сухих газовых уплотнений во всем диапазоне работы компрессора по его характеристикам. Разница между давлением подачи уплотнительного газа и давлением уплотнения должна составлять не менее 50 фунтов на квадратный дюйм, чтобы избежать первичного загрязнения уплотнения. Коэффициент повышения давления пневматических усилителей варьируется от 1,2 до 2 в зависимости от максимально допустимого диапазона рабочих давлений от 3000 до 6000 фунтов на квадратный дюйм. Соответствующая максимальная частота циклов пневматических усилителей составляет от 100 до 60 циклов в минуту. Эти значения являются типичными и могут различаться в зависимости от модели и производителя.