劉文山，信和勇，武煒(中海石油(中國)有限公司崖城作業(yè)公司，廣東 深圳 518067)

0 引言

隨著崖城13-1氣田開發(fā)進入中后期，地層壓力持續(xù)下降，為保證天然氣壓力滿足處理的要求，2008年投產(chǎn)兩臺Dresser-RandD12R5S型號的濕氣壓縮機用于天然氣處理前增壓。濕氣壓縮機的密封氣氣源取自濕氣壓縮機出口，氣源沒有經(jīng)過脫水與脫重烴處理，作為密封氣進入壓縮機之前要經(jīng)過一套濕氣密封系統(tǒng)進行處理，濕氣密封系統(tǒng)包含有：滌氣罐、加熱器、過濾器、密封氣增壓系統(tǒng)、流量控制閥等。

1 干氣密封工作原理

Dresser-RandD12R5S型壓縮機驅動端與非驅動端的密封均使用中間帶有迷宮密封的串級干氣密封[1]，在干氣密封外側和軸承腔室之間使用屏障密封，內(nèi)側與葉輪系之間使用軸用迷宮密封，在壓縮機進出口端之間裝置平衡連接系。屏障密封用于分隔軸承潤滑系統(tǒng)和干氣密封系統(tǒng)，防止?jié)櫥瓦M入干氣密封；軸用迷宮密封和自帶的迷宮密封，主要用于減少密封氣使用量。平衡連接系主要作用是降低壓縮機出口端密封氣的背壓，同時平衡部分軸向力。干氣密封是整個壓縮機密封系統(tǒng)最關鍵的設備，它的狀態(tài)直接決定了壓縮機的泄露量。

2 密封氣系統(tǒng)的組成

濕氣壓縮機的密封氣氣源取自濕氣壓縮機出口，此處氣源沒有經(jīng)過脫水與脫重烴處理，作為密封氣進入壓縮機之前要經(jīng)過一套濕氣密封系統(tǒng)。濕氣密封系統(tǒng)包含有：滌氣罐、加熱器、過濾器、密封氣增壓系統(tǒng)、流量控制閥等，控制流程較為復雜。濕氣需經(jīng)過密封氣系統(tǒng)處理，在加熱、過濾、增壓、流量調(diào)節(jié)后進入濕氣壓縮機密封內(nèi)。使用干氣對壓縮機軸端進行密封，由于機組運行時內(nèi)部介質(zhì)為濕氣，為了防止在啟動、低速運轉及停機時，未經(jīng)過濾的氣體介質(zhì)會反竄到干氣密封將會損壞密封面，為防止事故增加了防污染系統(tǒng)密封氣增壓系統(tǒng)。

2.1 增壓泵運行

增壓泵是增壓系統(tǒng)的關鍵設備，用往復式、空氣驅動的增壓泵來增加密封氣的壓力。需要時，機組邏輯啟動增壓泵運行，氣體通過增壓泵，增壓后的氣體重新引回到密封氣源管路。當壓縮機產(chǎn)生并能維持足夠供干氣密封所需的壓差時[2]，機組邏輯將關閉增壓器，密封氣源恢復到正常的流通管路。增壓器的運行由機組邏輯和連接兩位球閥的電磁閥控制，接通電磁閥使空氣驅動兩位球閥，兩位球閥打開時，驅動氣和工藝氣分別進入增壓泵。增壓泵使用過濾后的儀表風作為驅動氣體。增壓系統(tǒng)不需要繼續(xù)運行時，密封氣管路上的單向閥讓密封氣回到正常的供氣管路，繞過增壓系統(tǒng)。

2.2 增壓泵出口壓力控制

增壓器增加密封氣壓力通過壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)驅動來控制。增加驅動氣壓力，將提高密封氣的供氣壓力和供氣量，從壓縮機出口引來的密封氣，經(jīng)過增壓泵出口壓力控制調(diào)壓閥后，控制密封氣的壓力高于壓縮機進口壓力一個定值。

2.3 壓力脈動控制和過濾

當高壓氣體離開增壓泵時，增壓泵的往復運動會造成壓力脈動，為了控制干氣密封裝置的用氣量，需要調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥的開度[2]，并控制密封氣的流量使其保持在一定的范圍內(nèi)。在增壓器的下游有用于減輕脈動強度的緩沖罐。針閥有輔助的減輕脈動的作用，初始狀態(tài)時，針閥處于全開位置。如果脈動幅度過大，可順時針方向緩慢調(diào)整針閥開度。監(jiān)測控制盤上的流量計用來反映針閥調(diào)整的影響。全關針閥將引起增壓器停止循環(huán)，中斷向密封供給清潔的氣體。調(diào)壓后的密封氣需經(jīng)過濾單元過濾，增壓器下游的過濾器用于撲集增壓器后的污染和顆粒，保障干氣密封裝置的密封面不因外物顆粒影響造成損壞，差壓表監(jiān)視該過濾器芯的狀態(tài)當壓差超過預定值時，必須更換濾芯。

2.4 排放和自動切斷

增壓泵中間段的安全排放口,消除正常運行時通過活塞桿密封泄漏出的工藝氣積累。安全排放管線連接到就地大氣排放口，在增壓泵下游的管線上平行地安裝有孔板和單向閥。如果增壓泵的密封失效，會導致中間段和孔板上游的壓力升高?？装迳嫌蔚呐欧殴芫€上安裝有壓力變送器，當壓力達到設定值時，將在機組PLC發(fā)出報警信號,系統(tǒng)邏輯將會關斷增壓器，直到報警信號恢復初始值。

密封氣增壓泵控制復雜，牽涉的輔助設備較多，而只要密封氣氣源有足夠的壓力，且干凈程度達到要求，就可以作為密封氣，而且可以不用經(jīng)過密封氣增壓系統(tǒng)，直接供給干氣密封使用.這樣不但降低了設備維護成本，還可以保證設備的可靠性。

3 密封氣系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

密封氣源來自濕氣壓縮機出口，氣源壓力隨著壓縮機啟動、加載、載荷波動、停機的變化而變化。密封氣增壓系統(tǒng)只有在壓縮機啟動和停機的過程中，密封氣源壓力過低時才工作，其他時候處于不工作狀態(tài)，使用率很低。在啟機和停機階段，由于密封氣源壓力過低，而要啟動增壓泵，而增壓泵又由于密封氣源不夠干凈，導致增壓泵內(nèi)部密封破損[3]，增壓泵排放壓力增高導致設備關停；由于濕氣經(jīng)常在分離器出產(chǎn)生結蠟現(xiàn)象，導致密封氣不暢，引起設備關停。

增壓壓縮機處于海上空曠的環(huán)境，增壓系統(tǒng)長期不工作，各部件容易結鹽銹蝕出現(xiàn)故障，控制增壓泵啟停的雙向球閥多次因結鹽而無法動作；壓縮機的干氣密封也因出現(xiàn)因為密封氣系統(tǒng)故障導致在不夠干凈的氣源下工作干氣密封受損[4]，密封氣系統(tǒng)及干氣密封配件費用較高，密封系統(tǒng)維護成本居高不下。

4 密封氣系統(tǒng)失效原因分析

濕氣作為密封氣源，是導致濕氣壓縮機密封氣系統(tǒng)故障率高的關鍵。由于密封氣系統(tǒng)不能正常工作，在每次在充壓、卸壓過程中，未經(jīng)過濾的濕氣便會通過軸用迷宮密封系統(tǒng)[5]進入干氣密封，這樣便會損傷干氣密封，嚴重影響使用壽命。

4.1 天然氣濕氣含液多

密封氣源取自壓縮機后冷卻器下游氣體，是沒有經(jīng)過脫水、脫重烴的濕氣，氣體經(jīng)過等壓降溫后會有液體出現(xiàn)。加熱器只能把密封氣加熱到135 ℉，不能完全除液，液體進入增壓泵，使密封圈損壞，泵不能正常工作。

4.2 天然氣濕氣雜質(zhì)多

密封氣經(jīng)過過濾分離器把液體去除，由于濕氣中雜質(zhì)較多，導致自動排液閥堵塞，不能自動排液，由于天然氣濕氣未脫水脫烴作為密封氣源，造成濕氣壓縮機密封供給系統(tǒng)由于氣源雜質(zhì)多而出現(xiàn)故障。

5 密封氣系統(tǒng)改造方案

干氣密封裝置使用的密封氣體必須干燥、潔凈，不得含有液體或固體雜質(zhì)[6]。為了提高濕氣壓縮機的可靠性及降低密封氣系統(tǒng)的維護成本，提出密封系統(tǒng)的氣源優(yōu)化方案，改造后的密封氣氣源選取自燃料氣系統(tǒng)。為解決密封氣引壓點壓力和流量的問題，以香港海管返回氣作為單獨燃料氣源時建立模型來計算，香港管線返回氣管線直徑3寸，供氣壓力7 584.2 kPa，燃料氣平臺最大使用量453 000 m3/天，來模擬計算300 m長的香港返回氣管線的壓力降等信息，通過分析軟件分別對3寸管線，1寸管線，1.5寸管線及1寸的分支管線進行氣源狀態(tài)分析計算，經(jīng)理論計算、模擬數(shù)據(jù)，香港返回氣管線供氣量能滿足燃料氣量與密封氣量同時最大量運行，最大密封氣用量不影響燃料氣的供給，且1寸管線末端氣相占比為1，沒有液體析出。

5.1 密封氣源壓力穩(wěn)定

密封氣氣源選取自燃料氣系統(tǒng)，香港海管返回氣為平臺燃料氣系統(tǒng)的氣源之一，香港海管直徑28 in，全長778 km，等同于大型儲氣罐，燃料氣氣源壓力十分穩(wěn)定。

5.2 簡化密封氣系統(tǒng)

香港海管返回氣壓力在濕氣壓縮機任何工況階段都滿足壓力要求，不再需要密封氣增壓系統(tǒng)的支持，簡化了密封氣流程，提升了可靠性。

5.3 消除密封氣結液風險

原密封氣是沒有經(jīng)過脫水、脫重烴的濕氣，改造后的密封氣為香港海管中的天然氣，是經(jīng)過了脫水脫烴的干氣，消除密封氣結液的風險。

5.4 節(jié)約成本多

改造內(nèi)容是利用原有的密封氣管線，從現(xiàn)有的燃料氣氣源之一的香港海管返回氣引出一根一寸半的管線，分兩路引入到兩臺濕氣壓縮機原有的密封氣系統(tǒng)，兩路分別添加一個關斷閥，再在原有的密封氣管線上加一個單向閥。新密封氣源啟用后，省下了原密封系統(tǒng)增壓泵所需的高額升級費用及后續(xù)的維護費用。

6 結語

此次改造，用干氣作為密封氣，簡化濕氣壓縮機的干氣密封系統(tǒng)，提高了密封系統(tǒng)的可靠性，解決密封系統(tǒng)故障率偏高等問題，提高了機組可靠性，降低對進口設備及配件的依賴。