无需密封气体增压器

石油天然气及其他流程工业的离心式压缩机终端用户面临着日益增长的需求，即降低泄漏排放、成本和不必要的停机时间。干气密封 (DGS) 系统的出现，通过解决湿式密封常见的诸多问题（例如泄漏率高、可靠性低和运营成本高），在实现这些目标方面发挥了重要作用。然而，压缩机的运行仍有改进空间，特别是那些采用密封气增压压缩机的机组，因为这类机组的维护成本和运营成本可能相当高昂。

西门子能源开发了一种密封机制，该机制能够保护动态气体密封系统 (DGS) 在低速运转或压缩机处于加压待机状态时免受工艺气体污染，从而无需使用密封气体增压器。本文概述了该密封件的设计和功能，并探讨了其在哪些压缩机应用中具有优势。

DGS和增压压缩机基础知识

大多数现代离心式压缩机都配备了用于轴端密封的动态密封系统（DGS）。近年来，许多采用湿式密封的传统压缩机也进行了改造，加装了动态密封系统。天然气压缩机应用中最常用的动态密封系统类型是“串联式”设计，即在压缩机轴端安装两个端面密封（主密封和副密封）。压缩机运行期间，主密封吸收压差。副密封在主密封失效时作为备用密封。

DGS（动态气体密封系统）由两个配合环组成（一个旋转环和一个固定环）。压缩机不运行时，弹簧和静压分布使两个环紧密贴合。压缩机运行时，流体动力使固定环紧贴弹簧。这会在密封面之间形成几微米的间隙。这种设计可以实现极低的泄漏率，但因此，DGS需要清洁干燥的气体供应才能可靠运行。

通常，这种气体取自压缩机的排气口。气体经过过滤和处理以去除杂质，然后注入到分布式气体系统（DGS）和工艺侧迷宫式管道（PSL）之间。该气流起到缓冲（即膜）的作用，保护分布式气体系统免受工艺气体的侵入。

当压缩机高速运转时，排气压力足以驱动密封气体流经干气密封面板上的调节和过滤系统，从而为干气密封系统 (DGS) 提供清洁的密封气体。然而，当转速较低时（通常在启动和/或停机期间），压力不足以驱动密封气体流经气体密封面板，未经处理的工艺气体可能会渗入密封间隙。这会导致一系列代价高昂的问题，包括密封件性能下降，从而缩短平均故障间隔时间 (MTBF)、增加停机时间，以及如果需要更换干气密封系统，则可能增加成本。

为了在启动或压缩机跳闸/故障时保护DGS（气体调节装置），大多数运营商会在气体调节撬装设备或密封气体控制面板上安装气动密封气体增压器（以及可能的加热器）。密封气体增压器经过编程，当密封气体压差低于特定值时自动启动，从而确保DGS的可靠运行。

对于占据市场主导地位的往复式增压器，运营商有时会选择安装第二台备用压缩机，以防主增压器发生故障。往复式增压器本身运营成本较高，并且经常被终端用户列为压缩机组中最容易出问题的部件之一。

近年来，越来越多的运营商开始放弃往复式增压器，转而采用可靠性更高的电动旋转式密封气体增压器。然而，电动旋转式增压器的缺点是资本支出高，并且由于低压下扬程较低，可能并不适用于所有情况。在许多情况下，增压器的前期成本也难以证明其合理性，特别是对于那些剩余使用寿命有限的老旧设备运营商而言。此外，在电力供应不稳定的偏远地区，电动旋转式增压器可能也不可行。

推出防漏密封件

为了解决DGS增压压缩机经常遇到的问题，西门子能源开发了一种独特的聚四氟乙烯（PTFE）密封件，该密封件位于DGS和PSL之间。这种防漏密封件可替代增压器，并可作为大多数配备DGS的新型压缩机组的一部分进行安装。它还可以改装到现有机组中，为寻求更高可靠性的用户提供升级方案。

图 1. 密封防漏装置与西门子能源 DGS 系统配合使用

泄漏密封原型与西门子能源干气密封相结合。

在压缩机正常运行期间，当排气口的密封气流缓冲装置保护DGS免受工艺气体侵入时，密封圈处于打开状态，从而避免因高速旋转而造成的磨损。该状态由离心力维持，离心力通过分段环带动密封唇。如果压缩机转速降低或机组停止运行（即排气流量不足以阻止工艺气体侵入），离心力减小，密封圈闭合，防止工艺侧的气体污染DGS。

当密封密封件关闭在轴上时，它会迫使原本会通过主密封件泄漏的气流在经过密封气体面板后进入密封区域，因此 DGS 只会接触到清洁、干燥的工艺气体。

图2：

西门子能源干气密封试验台。

与密封式气体增压压缩机相比，Leak Tight Seal 具有以下几个优点：

与往复式密封气体增压器相比，可靠性更高——往复式密封气体增压压缩机常常令离心式压缩机用户头疼不已。Leak Tight Seal 技术无需增压压缩机，从而降低了运营成本和停机时间，并通过减少所需的组件和连接数量简化了系统。这降低了泄漏风险，提高了系统的整体可靠性。此外，由于无需监控和维护密封气体增压器（Leak Tight Seal 的状态在静态阶段进行监控），因此也减少了维护需求。这些优势对于那些正在经历往复式增压器故障或目前尚未安装任何增压器的用户来说尤为重要。

成本降低——Leak Tight Seal 的可靠性与离心式增压压缩机相当，但资本支出却低得多。虽然成本会根据应用需求而有所不同，但一套典型的为两个气体密封件提供气流的电动离心式增压系统，成本约为 15 万至 40 万美元。相比之下，两个 Leak Tight Seal 的价格（包括可选的监控设备）以及对干气密封面板的改造费用，仅需 4 万至 6 万美元（与西门子能源干气系统 (DGS) 配合使用时）。这些密封件可以直接运送到现场，并由操作人员以与安装 DGS 大致相同的方式进行安装。

降低排放——通过使用密封防漏装置代替电动增压压缩机，可以降低压缩机组的整体能耗和相关排放。

缩小设备占地面积的潜力——在许多情况下，密封气体增压器是作为预处理撬装设备的一部分安装的，该设备与气体密封面板是分开的。安装 Leak Tight Seal 密封件后，可能可以省去该撬装设备，从而有可能缩小设备的整体占地面积。

结论

操作人员多次指出，气体密封面板，尤其是增压压缩机，是压缩机组中最容易发生故障的部件之一。西门子能源的 Leak Tight Seal 密封件可作为传统气体密封增压器的低成本替代方案，从而简化系统设计并提高整体可靠性。对于石油和天然气应用中的任何 DGS 系统而言，它都能提供额外的防污染保护，从而降低停机风险以及由此产生的维护和生产损失等相关费用，因此具有重要的应用价值。

作者

奥利维尔·勒比格雷

何塞·吉拉兰兹

桑达·巴丘