Устранение необходимости в усилителях уплотнительного газа

30 мая 2023 г.

Более пристальный взгляд на надежность герметичных технологических боковых уплотнений

Конечные пользователи центробежных компрессоров в нефтегазовой и других перерабатывающих отраслях сталкиваются с растущей необходимостью сокращения неорганизованных выбросов, затрат и ненужных простоев. Появление систем сухого газового уплотнения (DGS) сыграло значительную роль в достижении этих целей, решая многие проблемы, часто возникающие при использовании мокрых уплотнений, включая высокие скорости утечек, снижение надежности и высокие эксплуатационные расходы. Однако существуют возможности для дальнейшего улучшения работы компрессоров, особенно агрегатов, в которых используются дожимные компрессоры с уплотнительным газом, которые могут быть значительным источником технического обслуживания и операционных затрат.

Компания Siemens Energy разработала механизм уплотнения, который позволяет операторам исключить необходимость использования усилителя уплотнительного газа, защищая СГД от загрязнения технологическим газом на малых скоростях или при остановке компрессора в состоянии ожидания под давлением. В этой статье представлен обзор конструкции и функциональности уплотнения, а также обсуждаются области применения компрессоров, где оно может быть полезным.

Большинство современных центробежных компрессоров оснащены ДГС для уплотнения концов вала. В последние годы многие устаревшие компрессоры с мокрыми уплотнениями также были модернизированы системами DGS. Наиболее широко используемым типом СГД для компрессоров природного газа является «тандемная» конструкция, в которой на концах вала компрессора установлены два торцевых уплотнения (первичное и вторичное). Во время работы компрессора первичное уплотнение поглощает перепад давления. Вторичное уплотнение служит резервным в случае выхода из строя первичного уплотнения.

ДГУ состоит из двух ответных колец (поворотного и неподвижного). Когда компрессор не работает, кольца удерживаются в тесном контакте с помощью пружин и распределения статического давления. Когда компрессор работает, гидродинамические силы удерживают неподвижное кольцо напротив пружины. Это создает рабочий зазор в несколько микрометров между поверхностями уплотнения. Конструкция обеспечивает очень низкий уровень утечек, но, как следствие, для надежной работы СГД требуется подача чистого и сухого газа.

Обычно этот газ берется из нагнетания компрессора. Газ фильтруется и кондиционируется для удаления примесей, а затем вводится между СГД и технологическим лабиринтом (ПСЛ). Поток действует как буфер (т.е. пленка) и защищает СГД от проникновения технологического газа.

Когда компрессор вращается с высокой скоростью, нагнетание обеспечивает достаточное давление для прохождения потока уплотнительного газа через систему кондиционирования и фильтрации на панели сухого газового уплотнения, обеспечивая чистый источник уплотнительного газа для DGS. Однако когда скорость вращения низкая (обычно во время запуска и/или остановки), давление недостаточно для прохождения потока уплотнительного газа через панель газового уплотнения, и неочищенный технологический газ может мигрировать в зазор уплотнения. Это может привести к ряду дорогостоящих проблем, включая ухудшение качества уплотнений, что приводит к сокращению средней наработки на отказ (MTBF), увеличению времени простоя и потенциальному увеличению затрат в случае необходимости замены САР.

Чтобы защитить СГД во время запуска или в случае отключения/сбоя компрессора, большинство операторов устанавливают пневматические усилители уплотнительного газа (и, возможно, нагреватели) на блоке подготовки газа или на панели уплотнительного газа. Бустер уплотнительного газа запрограммирован на автоматический запуск, если дифференциальное давление уплотнительного газа падает ниже определенного уровня, что обеспечивает надежную работу СГД.

В случае поршневых бустеров, которые составляют большую часть рынка, операторы иногда предпочитают устанавливать второй компрессор, который переходит в режим ожидания в случае отказа основного бустера. Поршневые бустеры по своей сути требуют больших эксплуатационных затрат и конечные пользователи часто называют их одним из наиболее проблемных компонентов компрессорной установки.

В последние годы все большее число операторов начало отказываться от поршневых агрегатов в пользу газовых компрессоров с приводом от электродвигателя (вращающихся), которые обеспечивают гораздо более высокую надежность. Однако у них есть недостаток, заключающийся в высоких капитальных затратах, и они могут быть не применимы во всех сценариях из-за низкого напора при низком давлении. Первоначальные затраты на ускорители также во многих случаях могут быть трудно оправдать, особенно для операторов устаревших установок, у которых может остаться лишь ограниченное количество лет службы. Кроме того, они могут быть неосуществимы в отдаленных местах, где нет надежного энергоснабжения.