淺談API 692中干氣密封系統配置方案

梁 華，陳 超

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

美國石油協會于2018年發布了API 692軸流式、離心式和螺桿式壓縮機干氣密封系統的規范。該規范從通用要求、干氣密封本體、干氣密封系統以及干氣密封安裝和試車4部分，詳細介紹了干氣密封的設計和制造原則【1-2】。本文著重從干氣密封系統配置方面講述了不同配置的組合，并對比了規范要求與工程實際之間的差異。

1 干氣密封系統配置

API 692將密封分為4類，分別是帶級間迷宮密封的串聯式密封、串聯式密封、雙端面密封和單封。以最常用的帶級間迷宮密封的串聯式密封作為案例，其結構如圖1所示。

圖1 帶級間迷宮密封的串聯式干氣密封本體結構

從圖1可以看出：一般需要3股氣體通向密封本體，分別是首道密封氣、二道密封氣和隔離氣，統稱為密封氣。從圖1中還可以看出：一般有2股氣體需要排放，分別是首道密封氣排放和二道密封氣排放，二者統稱為排放氣。實際工程中，還有密封本體的排液系統。而干氣密封的系統配置就是通過不同的配置組合來滿足密封氣、排放氣以及排液系統的不同要求。

API 692中，干氣密封系統由多個模塊組成，通過模塊的組合滿足不同的配置要求。模塊分為必選模塊和可選模塊。表1和圖2分別展示了帶級間迷宮密封的串聯密封的模塊分類和典型配置。

表1 API 692帶級間迷宮密封的串聯干氣密封模塊分類

(續表1)

圖2 帶級間迷宮密封的串聯干氣密封典型系統配置

2 工程比較

API 692中Module A的備用氣源的手動切換為標準配置，自動切換為可選配置。實際工程中的高壓工況【3】(如加氫裝置中的循環氫壓縮機)很難找到一股穩定的高壓氣源作為首道密封氣，因此首道氣源一般為壓縮機出口氣。但是在壓縮機開停車或不正常工況下，壓縮機出口氣很可能不能滿足密封的壓力要求，這就需要一股可切換的備用氣源作為備用氣，一般選用中壓或高壓氮氣，且一般選用電磁閥作為自動切換閥，以保證氣源的及時切換。如圖3所示，將PDT的壓差信號低作為電磁閥SV的開啟信號，實現氣源的自動切換。為了防止PDT誤動作導致電磁閥關閉，可將電磁閥設為手動確認關閉。

圖3 備用氣源的自動切換

API 692中，首道密封氣可采用壓力或流量控制，控制方案有DT、DT1、DT2、DT3和DT4 五種，如圖4所示。其中DT2只適用于密封氣源非常穩定的工況，工程中一般不常用；DT3適用于兩側密封腔壓力不一致的工況，工程中也不常用；DT4適用于壓縮機入口壓力較低的工況(如乙烯三機等)。

從圖4可以看出：無論是壓力控制還是流量控制，都需要再配置流量變送器或壓力變送器作為輔助監測手段。

圖4 密封氣的壓差或流量控制方案

工程中常使用DT和DT1作為控制方案。流量控制(DT)方案可以完全滿足API 692中關于非墮轉工況下干氣密封內部間隙流速不小于5 m/s 的要求，而壓差控制(DT1)可以保證密封氣壓力超過平衡壓力。值得一提的是，很多壓縮機廠為了方便，將平衡壓力的取壓口設置在平衡管上，這是不符合規范要求的。API 692規定，為了精確測量平衡壓力，應將取壓口設置在平衡腔中而非平衡管上。

首道密封氣的排放系統中，Module L、L1、L2(首道密封排放背壓控制)三者必選其一，且要求在沒有二道密封氣時，應調節背壓控制閥或孔板，將首道密封氣的排放壓力調節到比二道密封所需最小壓差大0.034 MPa。工程中常使用L2方案，很少使用L的背壓控制閥方案，但是對輸送重要氣體的壓縮機，應使用L方案，比如制冷壓縮機。很多制冷壓縮機壓縮的制冷劑是閉式循環的，一方面不允許密封氣體充到循環中影響制冷效果，另一方面又不希望制冷劑流失，這就要求干氣密封的首道密封氣采用壓縮機出口氣，且首道密封的排氣需要回收，此時就不能再充入二道密封氣，以免二道密封氣混入到回收系統中。這種情況下，應設置背壓控制閥，調節首道密封氣的排氣背壓，讓首道密封的泄漏氣作為二道密封的密封氣。同時為了防止干氣密封開停機階段的磨損物進入到密封面中，此類型壓縮機應避免頻繁啟停。

API 692的首道密封氣的排放系統中，Mo-dule G 首道密封排氣壓力泄放閥為可選方案，Module H首道密封排放壓力和流量監測為必選方案。工程實際中，對于高壓壓縮機(如加氫裂化裝置的循環氫壓縮機)，為避免密封失效時高壓氣體串入到火炬系統中，經常使用爆破片作為壓力泄放設施，此時的Module G就是必須的。此外，工程實際中，首道密封氣排放系統的壓力或流量監測經常采用三取二或二取二的聯鎖方案，此時，使用流量聯鎖還是壓力聯鎖，不同人有不同的做法。因此處的流量測量往往使用孔板流量計，而不同分子量的氣體通過孔板時計算的流量差距很大。對于使用壓縮機出口氣作為主密封氣的情況，因密封損壞后泄漏的氣體與主密封氣的組成基本一致，故此時建議使用流量聯鎖方案，否則應使用壓力聯鎖方案。圖5展示了首道密封排氣的流量聯鎖方案。

圖5 流量二取二聯鎖加并聯爆破片方案

API 692中，要求每個密封腔體都要排液，且提供了Module N、O、P、Q、R必選方案。實際工程中，受到壓縮機密封腔尺寸等原因限制，壓縮機廠往往只設置一個排液口，這不符合規范要求，應視為對API 692的重要偏離。

3 結語

本文詳細介紹了API 692中干氣密封系統的配置方案，重點介紹了工程設計中的幾個案例。API 692作為較新發布的規范，有些配置方案及相關要求還沒有應用到工程實踐中，如未來需嚴格執行此規范，各方人員均應在細致研讀的基礎上逐步適應。