SOLAR機組干氣密封加熱器控制系統優化改造研究分析

王建新 韓貴銀 張志峰

摘 要：天然氣長輸管道需要在沿途建立增壓站，通過壓縮機多級壓縮，實現天然氣長距離輸送。壓縮機是天然氣管道輸送的“心臟”，壓縮機軸端的干氣密封及控制系統是其重要的部件之一，其運行的安全性、可靠性關系到機組能否長周期穩定工作。一旦機組因密封故障停機，將直接影響下游供氣。離心式壓縮機在調試、投產初期或放空后重新啟動時，必須依托外部氣源建立干氣密封所需要的工作壓差。在壓縮機撬設置加熱器，將壓縮機出口的天然氣進行增壓加熱后，引入干氣密封進口，以滿足干氣密封的工作條件。

關鍵詞：壓縮機;干氣密封;加熱器

Abstract：It is necessary to establish booster stations along the long-distance natural gas transmission pipeline，and realize long-distance natural gas transmission through multistage compression by compressors.Compressor is the "heart" of natural gas pipeline transportation，and the dry gas seal and control system at the shaft end of compressor is one of its important components.The safety and reliability of its operation are related to whether the unit can work stably for a long period of time.Once the unit stops due to seal failure，it will directly affect the downstream gas supply.When the centrifugal compressor is restarted after commissioning，initial production or venting，the working pressure difference required by dry gas seal must be established by external air source.The compressor skid is equipped with a heater to pressurize and heat the natural gas at the compressor outlet and then introduce it into the dry gas seal inlet to meet the working conditions of the dry gas seal.

Key words：compressor;dry gas seal;heater

天然氣作為一種高效、優質、清潔的一次能源和化工原料，在我國能源結構中的比例正在迅速增加。自21世紀以來，我國建設完成多條天然氣管道，由于天然氣管道長距離、高壓力、大管徑等特點，壓氣站自然成為管道線路中必不可少的組成部分。壓氣站內的核心動力設備：燃氣輪機和壓縮機，它們的可靠運行對場站的安全生產起著至關重要的作用。但是設備的可靠運行有前提條件，設備自身的缺陷、自然因素、日常注意不到位的細節等、往往都會使的設備出現各種各樣的問題，一方面會影響設備自身的工作效率，另一方面會影響場站的安全生產。為了避免此類問題的發生，盡可能提高機組運轉的可靠性，就需要我們對影響設備運行效率的因素進行全面分析，并從中找出規律，對影響因素做出針對性的預防措施，以滿足管網輸氣安全平穩運行的需求。

目前轉動設備軸封型式主要分為單端面機械密封和雙端面機械密封。單端面機械密封結構簡單，制造和安裝較為容易，但存在工藝介質易泄漏的問題，雙端面機械密封用外引密封液作為潤滑冷卻介質，密封結構及輔助系統較為復雜，體積較大。由于兩者均屬于接觸式密封，磨損、功耗、發熱量大，使用壽命短，已不能滿足設備長周期運行的要求。干氣密封是一種先進的旋轉軸用動密封，干氣密封的出現是密封技術的一次革命，它具有使用壽命長、無介質泄漏、軸功率消耗低等優點，因此得到廣泛應用。

1 SOLAR機組干氣密封控制系統

1.1 SOLAR機組干氣密封工作原理

與普通機械密封相比，干氣密封在結構上基本相同。其重要區別在于，干氣密封其中的一個密封環上面加工有均勻分布的淺槽。運轉時進入淺槽中的氣體受到壓縮，在密封環之間形成局部的高壓區，使密封面開啟，從而能在非接觸狀態下運行，實現密封。干氣密封是一種氣膜潤滑的流體動、靜壓結合型非接觸式機械密封，它是在機械密封的動環或靜環（一般在動環上）的密封面上開有密封槽，當動、靜環高速旋轉時，氣體進入密封槽，在泵送效應產生的推力作用下被引向中心，在被壓縮的同時，遇到密封堰的阻擋，壓力增大，把動、靜環推開，使動、靜環密封端面不接觸，流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜，從而達到密封的效果。干氣密封技術在離心式壓縮機設計上有著廣泛應用。

1.2 SOLAR機組干氣密封加熱器控制系統現存問題

澀寧蘭輸氣管道沿線共有9臺RV050/04壓縮機組，各壓氣站壓縮機干氣密封加熱器都是通過MCC柜控制加熱，溫度控制在80-120℃，溫度的穩定控制直接影響到壓縮機干氣密封的密封效果和使用壽命。但由于控制系統缺陷，加熱器在最低和最高溫度臨界點時，出現接觸器高頻開關跳動，極大的影響了設備使用安全，甚至會燒毀MCC交流接觸器等設備，為安全生產埋下極大隱患。

1.3 優化與改造

1.3.1 監控與歷史趨勢分析

堅持問題導向，以系統思維深入開展程序優化。根據站內機組運行情況定期對壓縮機干氣密封加熱器運行歷史趨勢進行分析和梳理，確定優化方向，并繪制思維導圖。根據不同邏輯設計，結合實際運行情況，最終確定統一、規范的優化方式。

原因分析：由于控制系統缺陷，加熱器在最低和最高溫度臨界點時，出現接觸器高頻開關跳動，極大的影響了設備使用安全，縮短設備使用壽命，甚至燒毀MCC交流接觸器等設備。

1.3.2改造與提升

針對以上問題，制定相應措施，對干氣密封加熱器控制系統進行優化改造。

現場優化方式：通過對SOLAR機組MCC干氣密封控制系統的研究，加裝110V通電延時繼電器，設定通電延時時間，加熱器在最低和最高溫度臨界點時，自動延時閉合通電，杜絕干氣密封加熱器交流接觸器高頻開關跳動現象，實現了干氣密封加熱器開關正常啟停運行。

1.3.3 對比分析

記錄壓縮機干氣密封加熱器改造前與改造后的運行歷史趨勢，進行分析和對比。SOLAR機組MCC干氣密封加熱器控制系統改造完成后，對機組干氣密封進行持續觀察，結合干氣密封溫度歷史曲線進行分析。改造后的機組干氣密封加熱器控制系統運行穩定，加熱器在最低和最高溫度臨界點時，接觸器高頻開關跳動現象消失，機組運行穩定。

1.3.4 能耗分析對比

機組干氣密封的優化改造，使干氣密封電加熱器能耗降低了40%。切實貫徹落實“戰嚴冬、轉觀念、勇擔當、上臺階”教育思想，使調研成果及時轉化為解決問題的具體行動。

2 結論

通過對SOLAR機組MCC干氣密封控制系統的研究，加裝110V通電延時繼電器，設定通電延時時間，加熱器在最低和最高溫度臨界點時，自動延時閉合通電，杜絕干氣密封加熱器交流接觸器高頻開關跳動現象，實現干氣密封加熱器開關正常啟停運行，保證了燃氣輪機運行的高效率。

參考文獻：

[1]王樹術.干氣密封技術在離心壓縮機中的應用[J].風機技術，2008.

[2]楊富來.干氣密封技術及實際應用[J].石油化工設備技術， 2004.

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