摘要：本文主要对西三线不同压缩机供货商提供干气密封密封气处理流程做了对比，经过分析优选出过滤-加热-调压的流程。还对过滤器精度和加热器的功率进行分析，确定过滤器精度为0.5μm和过滤器的加热功率为15kW。
关键词：干气密封、离心压缩机、加热器、过滤器
一、前言
近年来随着国内天然气需求的不断增长，大管径、长距离、高压力输送压缩天然气管道工程不断建设和规划，目前已经建成运行的项目有西气东输一线、西气东输二线、陕京一线、陕京二线、陕京三线等，采购大型离心压缩机多达170多台。
由于干气密封属于非接触式密封，基本上不受PV值的限制，因此干气密封特别适合作为在高速高压条件下的大型离心压缩机轴封[1]。虽然干气密封的采购成本高，但其使用成本低，从而导致整个的寿命周期成本[2]比使用其他密封低。
经过调研已建设西二线，发现压气站内各供货商提供的压缩机干气密封系统中密封气处理流程不同。经过分析，发现密封气的处理流程差异很大，对于加热、调压和过滤3个处理单元顺序不尽相同。
二、密封气处理单元分析
1）加热
主要设备：电加热器。其功能：加热密封气体到高出露点至少20℃。在压缩机正常工作时，压缩机出口的温度高于60℃，因此不需要加热器加热密封气；首台压缩机启机或保压停机时，压缩机出口温度和入口温度一致，这是需要加热器加热密封气提高至少20℃温升。
2）过滤
主要设备：双联（1用1备）聚结式过滤器。其功能：将密封气的固体颗粒和液滴过滤掉。根据干气密封气膜厚度为2～3μm[3]，确定密封气过滤器精度为0.5μm即可，过滤效率为99.8%，如果选用过滤器精度过小，输送天然气的洁净度较差，会导致过滤器容易堵塞。
3）调压阀：调节密封气的压力高于平衡管压力0.1～0.3MPa。
首台压缩机启动或保压停机时，压缩机出口汇管压力等于入口压力，需要增压器增压后给压缩机供密封气，气体压力升高在0.05～0.2MPa，再经过调节阀时压力变化很小，只是保证密封气压力和流量稳定，因此无需考虑调压阀的节流效应。
4）分析与结论
过滤器一般都采用聚结式过滤器，也能够过滤液滴，因此如果安装允许应该设置过滤器在加热器之前，尤其在首台压缩机启机或保压停机时，此时压缩机出口或出口汇管温度和入口相同，温度可能达到露点温度，这样更能保证密封气加热后不出现液滴；管道压缩机正常运行时，压缩机出口温度大于60℃，此时不需要加热器加热气体，设置顺序也就无影响，因此过滤应该设置在加热之前。
管道压缩机正常运行时出口压力较高，温度也较高大于60℃，虽然调压阀的焦耳汤姆逊效应此时最大但是温度较高远高于露点温度，此时也不需要加热，因此过滤在调压前后效果基本一样；首台压缩机启机或保压停机时，通过增压器加压后压力升高0.05～0.2MPa，调压阀调压范围非常小，焦耳汤姆逊效应可以忽略，因此过滤和调压的顺序也基本无影响。但是更洁净的密封气对调压阀运行有好处，可以延长调压阀使用寿命，还有调压阀靠近压缩机干气密封入口有利于提高密封气压力控制的精确度，因此过滤应该设置在调压之前，而且调压应设置在最后。
干气密封工艺气处理流程推荐过滤-加热-调压。
三、加热器功率计算
根据API614规定，为了排除液体进入干气密封的可能性，应在高出露点至少20K (35°R)的温度下提供所有进入密封的气流。
保温管道的热损失(加30%安全系数)计算。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
Qt={[2π(TV-TA)]/[(LnD0/D1)1/λ+2/(D0α)]}×1.3
式中Qt—单位长度管道的热损失 W/m
TV—系统要求的维持温度℃，土国天然气水露点和烃露点均为冬季≤－5℃和夏季≤0℃，但在最坏情况下取TV 40℃
TA—当地的最低环境温度℃，西部地区TA取冬季-15℃
λ—保温材料的导热系数W/(m℃)保温聚氨酯材料λ取0.035 W/(m℃)
D1—保温层内径(管道外径) m，DN25管道外径D1取0.034m
D0—保温层外径m；D0=D1+2δ=0.094m
δ—保温层厚度m，δ取0.03m
α—保温层外表面向大气的散热系数W/(㎡℃)与风速ω(m/s)有关α=1.163(6+ω1/2) W/(㎡℃)，压缩机房内ω=0，α取6.978 W/(㎡℃)
经过计算得Qt=13.99 W/m。
加热器热负荷计算
P=（CM△T）/3600000+Qtl/2000
式中P —加热器热负荷kW
C—气体比热容J/（kg℃）
M—气体质量流率kg/h
△T—气体加热温差℃,△T取30℃
Qt—气体单位热损失W/m
l—管道长度m，l取5m
计算得出P=9.20kW（温升取30℃时），按照1.2的系数，选择加热器热负荷最小为12kW。因此加热器功率选择15kW比较合适。
四、结论
干气密封密封气处理流程：压缩机出口或经过增压器加压的高压气先经过过滤器，除去大于0.5um的固体颗粒和液滴，再经过电加热器，提高工艺气的温度20～30℃，达到洁净无液体的目的[4]，再经过调压阀调节工艺气进气压力，最后给压缩机干气密封供气。
对干气密封系统的密封气处理流程进行了研究，推荐了较优的过滤-加热-调压方案。整条长输管道压气站很多，把干气密封系统流程做成基本标准化，对于压气站运行单位的操作、维护以及检修更加简单方便。
参考文献
[1]李桂芹、王玉华、压缩机干气密封基本原理及使用分析.风机技术，2000年1月
[2]Pecht, G. G., and D. Carter. System Design and Performance of a Spiral Groove Gas Seal for Hydrogen Service, 44th Annual Meeting, Society of Tribologists and Lubrication Engineers, Atlanta. Georgia. May 1989.
[3]赵佰超．离心压缩机干气密封研制与应用.化工设计，2002
[4]吴金龙 张车宁. 干气密封的污染及其预防.化工设备与管道，2007
论文作者:于风杰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/18
标签：压缩机论文; 加热器论文; 过滤器论文; 温度论文; 压力论文; 管道论文; 流程论文; 《基层建设》2019年第21期论文;