CN104806559B - 压缩机密封气的供应装置、气液分离系统及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压缩机密封气的供应装置、包含其的气液分离系统及压缩机的密封方法。密封气与压缩机的压缩机入口气源中的入口气为同一种气体，该供应装置包括密封气储罐，与压缩机的密封气管路通过第一密封气输送管线连通。供应装置提供的密封气与压缩机的入口气为同一种气体，可以有效的防止压缩机开车过程中发生超温超压的现象。而且，采用与入口气相同的气体作为密封气，在压缩机开车阶段就不会存在密封气和入口气不同而形成的混合气体，就不需要对该混合气体进行排放，进而就不会造成入口气的浪费以及对环境造成的污染。
Description
技术领域
本发明涉及压缩机制冷领域，具体而言，涉及一种压缩机密封气的供应装置、包含其的气液分离系统及压缩机的密封方法。
背景技术
制冷压缩机是制冷系统的核心和心脏。制冷压缩机的能力和特征决定了制冷系统的能力和特征，一定程度上，制冷系统的设计与匹配就是将压缩机的能力体现出来。因此，世界各国制冷行业无不在制冷压缩机的研究上投入了大量的精力，新的研究方向和研究成果不断出现。其中，干气密封作为制冷压缩机的一种新型无接触轴封，由它来密封旋转机器中的气体或液体介质，广泛应用于石油化工、炼油、化肥、煤制气、天然气、等各种领域中。与普通接触式机械密封相比，干气密封更适合作为高速高压下的大型离心压缩机的轴封。且“用气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封气或液封液”观念，可保证任何密封介质实现零逸出，这就使得其在有毒、有害、易燃易爆气体领域有广泛的应用前景。
具体而言，制冷压缩机的轴向密封一般采用二级带中间迷宫的串联式干气密封，该干气密封的一级密封为主密封，二级密封为备用密封。正常工况下，一级密封承担全部或大部分负荷，而二级密封不承受或承受小部分的压力降。其中一级密封气的主要作用是防止压缩机内不洁净气体污染一级密封端面，同时伴随着压缩机的高速旋转，少量一级密封的干气通过一级密封端面螺旋槽泵送到一级密封放火炬系统，并在密封断面间形成气膜，对端面起润滑、冷却等作用；而绝大部分一级密封气通过压缩机轴端迷宫密封进入压缩机内。二级密封气的主要作用是阻止从一级密封端面泄露的少量工艺气体进入二级密封端面，并保证二级密封安全可靠运行，其中大部分二级密封气与一级密封端面泄露的少量工艺气混合后通过一级密封排放腔体进入放火炬管线，只有少部分气体通过二级密封端面进入二级密封放空腔体，与部分后置隔离气汇合后进行高点放空。
但是，目前的制冷压缩机在开车过程中也会因为密封气存在一些难以克服的问题，以下以丙烯压缩机为例进行说明。在正常工况下，该干气密封的二级密封气及后置隔离气采用了低压氮气作为密封气。而一级密封气在压缩机开车阶段由于压缩机出口压力较低，无法满足一级密封气压力的需要，因此采用中压氮气作为一级密封气。当丙烯压缩机开车正常后，才可以切换至丙烯压缩机出口的中压丙烯气作为一级密封气。正是由于在丙烯压缩机开车阶段采用了氮气作为一级密封气，这样就有大量的氮气进入压缩机缸体，这些氮气最终会在压缩机出口丙烯水冷器处聚集，降低了气态丙烯的分压，严重影响了气态丙烯的冷却。因此在丙烯压缩机开车过程中，由于氮气的存在，低压力下丙烯水冷器无法对气态丙烯进行冷却，气态丙烯会通过防喘振阀进行快速循环，工艺系统温度上涨较快，因而在丙烯压缩机开车过程中极易发生超温超压事故，对丙烯压缩机的开车带来很大的困难。
因此，现有技术在解决上述系统超温、超压现象发生的问题时，必须对制冷压缩机出口的制冷气体与进入压缩机的密封氮气的混合气进行大量排放，进而来增加制冷压缩机出口气体的分压，从而达到制冷压缩机出口气体被压缩机出口冷却器冷凝的目的，这样对制冷压缩机出口气体的浪费极大，并且对环境造成了一定的污染。
基于上述问题，有必要提出一种方法，以解决现有技术中制冷压缩机使工艺系统超温、超压的问题。
发明内容
本发明旨在提供一种压缩机密封气的供应装置、包含其的气液分离系统及压缩机的密封方法，以解决现有技术中因压缩机的开车过程导致制冷系统发生超温超压的现象。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压缩机密封气的供应装置，密封气与压缩机的压缩机入口气源中的入口气为同一种气体，供应装置包括密封气储罐，与压缩机的密封气管路通过第一密封气输送管线连通。
进一步地，上述供应装置还包括：密封气加热器，设置在第一密封气输送管线上，或围绕密封气储罐设置。
进一步地，上述供应装置还包括：增压器，设置在密封气加热器与压缩机之间的第一密封气输送管线上。
进一步地，上述供应装置还包括：密封气缓冲罐，设置在增压器与压缩机之间的第一密封气输送管线上；第二密封气输送管线，连通密封气缓冲罐和压缩机入口气源以控制密封气缓冲罐中的密封气压力。
进一步地，上述供应装置还包括：第三密封气输送管线，连通密封气缓冲罐和压缩机入口气源将密封气缓冲罐中产生的液态密封气输送至压缩机入口气源。
进一步地，上述密封气加热器与增压器之间的第一密封气输送管线上设置有控制阀，供应装置还包括第四密封气输送管线，第四密封气输送管线的入口设置在密封气加热器(30)与控制阀之间的第一密封气输送管线上，出口连通压缩机入口气源设置。
进一步地，上述密封气与入口气为乙烯、丙烯或氨气。
根据本发明的另一方面，提供了一种气液分离系统，包括待分离气液源、压缩机、压缩机密封气的供应装置和分离气存储罐，该压缩机密封气的供应装置为上述的供应装置。
进一步地，上述气液分离系统的分离气存储罐作为密封气储罐使用。
根据本发明的又一方面，提供了一种压缩机的密封方法，采用与压缩机的入口气为同一种气体的气体作为压缩机的密封气。
进一步地，上述密封气为气态密封气，在将气态密封气输送至压缩机之前，密封方法还包括对气态密封气增压的过程。
进一步地，上述密封气为液态密封气，在将密封气输送至压缩机之前，密封方法还包括：加热液态密封气至气态密封气；对气态密封气进行增压。
进一步地，在将上述密封气输送至压缩机之前，密封方法还包括将气态密封气进行稳压的过程，稳压的过程包括：将气态密封气收集于密封气缓冲罐中，在密封气缓冲罐与入口气的压缩机入口气源之间形成连通，控制密封气由密封气缓冲罐向压缩机入口气源的流速控制密封气缓冲罐中的气态密封气的压力。
进一步地，上述密封方法还包括将稳压过程中产生的液态密封气输送至压缩机入口气源的过程。
进一步地，经过加热后的气态密封气，在压缩机开车阶段作为压缩机的密封气使用，在压缩机停运或正常运行阶段被输送至入口气的气源中。
应用本发明的技术方案，供应装置提供的密封气与压缩机的入口气为同一种气体，可以有效的防止压缩机开车过程中发生超温超压的现象。利用本发明中的压缩机密封气的供应装置为压缩机提供所需的密封气的前提下，即使密封气进入压缩机缸体后与压缩机的运输气混合，因为是同一种气体，所以此时的密封气不会存在使气相制冷剂分压降低的现象，从而气相制冷剂可以在水冷器中得到冷却从而防止压缩机在开车过程中发生的超温超压的现象。而且，采用与入口气相同的气体作为密封气，在压缩机开车阶段就不会存在密封气和入口气不同而形成的混合气体，就不需要对该混合气体进行排放，进而就不会造成入口气的浪费以及对环境造成的污染。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出根据本发明一种典型的实施方式中提供的一种压缩机密封气的供应装置的结构示意图；
图2示出根据本发明优选实施例中提供的一种压缩机密封气的供应装置的结构示意图；以及
图3示出根据本发明一种优选实施例提供的一种气液分离系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行详细的说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所介绍的，现有技术中存在因利用氮气作为压缩机20的密封气导致压缩机20开车过程中发生超温超压的问题。为了解决这一问题，在本发明一种典型的实施方式中提供了一种压缩机密封气的供应装置，如图1所述，密封气与压缩机20的入口气为同一种气体，该供应装置包括密封气储罐10，该密封气储罐10与压缩机20的密封气管路通过第一密封气输送管线70连通。
本申请的供应装置提供的密封气与压缩机20的入口气为同一种气体，利用本发明中的压缩机20密封气的供应装置为压缩机20提供所需的密封气的前提下，即使密封气进入压缩机20缸体后与压缩机20的运输气混合，因为是同一种气体，所以此时的密封气不会存在使气相制冷剂分压降低的现象，从而气相制冷剂可以在水冷器中得到冷却，从而防止压缩机20在开车过程中发生的超温超压的现象。而且，采用与入口气相同的气体作为密封气，在压缩机开车阶段就不会存在密封气和入口气不同而形成的混合气体，就不需要对该混合气体进行排放，进而就不会造成入口气的浪费以及对环境造成的污染。
上述密封气储罐为压缩机提供密封气，本领域技术人员公知的作为压缩机的密封气必然为气体状态，当密封气储罐中的密封气为气态时，可以将其通过第一密封气输送管线70输送至压缩机的密封气管路；但是当密封气储罐中的密封气不为气体状态时，需对该密封气进行处理使其变为气态，在本申请一种实施例中，如图2所示，上述供应装置还包括密封气加热器30，设置在第一密封气输送管线70上，或围绕密封气储罐10设置。利用密封气加热器30使密封气储罐10中的液态密封气源气化为气态形式。液态密封气从密封气储罐10中进入密封气加热器30，在密封气加热器30中被加热气化，保证了作为压缩机20的运输气为气相形式，不会因为其中夹杂液滴而发生事故。
以下以水浴加热装置作为密封气加热器30对来自密封气储罐10的密封气进行加热进行说明，如图1所示。液态密封气源从密封气储罐10中进入水浴加热装置，利用水浴加热对液态密封气源进行加热，通过水浴加热将密封气的压力控制在0.77～0.79MPa，该压力可以与密封气储罐10形成压差，实现液态密封气补入密封气加热器30中的动力需要，并且由于干气密封所需的密封气是“干净、干燥”的气体，如果直接采用饱和丙烯气作为干气密封的密封气，饱和丙烯气在输送过程中容易液化带液，极易对干气密封造成损坏。
在上述以水浴加热装置作为密封气加热器30水浴加热装置的前提下，如图2所示，上述供应装置还包括蒸汽供应部60，其上设置有蒸汽出口；蒸汽出口与水浴加热装置通过蒸汽输送管路相连通，蒸汽输送管路上设置有蒸汽流量控制阀。蒸汽供应部60可以给水浴加热装置提供稳定的热源。蒸汽供应部60通过蒸汽输送管道向水浴加热装置持续稳定地提供0.46MPa的饱和蒸汽，使水浴加热装置中的水温稳定的维持在8℃～10℃，进一步使密封气的压力和温度趋于稳定，有利于对下步工艺环节的控制。
为了更好地实现对密封气的密封效果，优选上述供应装置还包括增压器40，如图2所示，设置在密封气加热器30与压缩机20之间的第一密封气输送管线70上。气化后的密封气再进入增压器40进行增压，这样不仅可以进一步减少从增压器40出来的密封气中的液相含量，同时还可以对密封气从密封气加热器30到增压器40的过程中的压力损失进行二次增压，保证密封气的压力处于2.0MPa～2.25MPa之间，如果气相制冷剂的压力小于2.0MPa则密封效果不理想，压力大于2.25MPa则会增加密封气的使用成本。
以下以增压泵作为增压器对密封气的增压进行说明，采用增压泵对饱和气态密封气增压后，对气态密封气进行了压缩做功，既增加了饱和密封气的压力，又增加了密封气的过热度。从而既满足了干气密封一级密封气所需的压力要求，又防止了一级干气密封带液损坏事故的发生。与上述的以水浴加热装置作为密封气加热器30水浴加热装置的实施例进行组合使用，水浴加热装置有利于控制密封气的压力大小。密封气储存罐中的液态密封气源先通入水浴加热装置，在水浴加热装置中被加热，之后再通入增压泵中进行二次增压，形成压力为2.0MPa～2.25MPa的过热气体，不仅满足了密封气的压力需求同时避免了因密封气夹带液体而发生的工艺事故。
本发明的其中一个实施例中，上述供应装置还包括：密封气缓冲罐50和第二密封气输送管线80，如图2所示。密封气缓冲罐50设置在增压器40与压缩机20之间的第一密封气输送管线70上；第二密封气输送管线80连通密封气缓冲罐50和压缩机入口气源以控制密封气缓冲罐50中的密封气压力。密封气缓冲罐50可以进一步去除密封气中夹杂的液体同时进一步将密封气的压力维持在2.0MPa～2.25MPa。
上述密封气缓冲罐50的设置可以进一步使气相密封气中的液相密封气分离出来。从增压器出来的气相密封气通过设置在密封气缓冲罐50上的待分离密封气入口进入密封气缓冲罐50后，气相密封气从设置在密封气缓冲罐50顶部的密封气排出口进入压缩机20，作为密封气使用，而气相密封气中夹带的液相则沉积在密封气缓冲罐50的底部。
当上述的密封气缓冲罐50中气相密封气量过大时，使密封气缓冲罐50中的气相密封气压力增大到2.3MPa以上，可以通过第二密封气输送管线80控制密封气缓冲罐50中的密封气的压力，使密封气缓冲罐50中的气相密封气的压力始终维持在2.0MPa～2.25MPa。而当密封气缓冲罐50中的压力超过2.8MPa时，密封气缓冲罐50上的压力安全阀会自动打开，降低密封气缓冲罐50的整体压力，直至压力检测器显示的压力值为2.0MPa～2.25MPa时，压力安全阀自动关闭，起到保护设备安全，确保在异常工作条件下的工作安全和工作效率。
本发明的一种优选实施例中，上述供应装置还包括第三密封气输送管线90，如图2所示，第三密封气输送管线90连通密封气缓冲罐50和压缩机入口气源110将密封气缓冲罐50中产生的液态密封气输送至压缩机入口气源110。通过第三密封气输送管线90可以将密封气缓冲罐50底部沉积的液态密封气源排至压缩机入口气源，实现对密封气的回收。
优选地，密封气加热器30与增压器40之间的第一密封气输送管线70上设置有控制阀71，上述供应装置还包括第四密封气输送管线100，第四密封气输送管线100的入口设置在密封气加热器30与控制阀71之间的第一密封气输送管线70上，出口连通压缩机入口气源110设置。通过控制阀71调整密封气加热器30中到增压泵的流量，当密封气加热器30中的密封气流量过大时，通过控制阀71减少密封气的输送量，保证增压泵的正常工作，比如通过第四密封气输送管线100将此大量过多的密封气直接排至压缩机入口气源110处。当密封器加热器30提供的密封气过多时，此时如果只通过控制阀71减小流量会使密封气的流速增加，从而导致从增压器40出来的密封气的压力不稳定，影响密封气的密封效果，但是此时可以通过第四密封气输送管线100将过多的密封气排出压缩机入口气源110处，可以在不增加密封气流速的前提下保证密封气的密封效果。优选地，本发明中的密封气与入口气可以是乙烯、丙烯或氨气中的一种。
在本发明的另一种典型的实施方式中，如图3所示，提供了一种气液分离系统，包括待分离气液源、压缩机、压缩机密封气的供应装置和分离气存储罐，压缩机密封气的供应装置为上述的供应装置。
为了使气液分离系统结构更紧凑，节约其设备消耗，优选上述气体分离系统的分离气存储罐作为密封气储罐使用。
在本发明的又一种典型的实施方式中，还提供了一种压缩机的密封方法，采用与压缩机20的入口气为同一种气体的气体作为压缩机20的密封气。正如上文所述，即使密封气进入压缩机20缸体后与压缩机20的运输气混合，因为是同一种气体，所以此时的密封气不会存在使气相制冷剂分压降低的现象，从而气相制冷剂可以在水冷器中得到冷却，从而防止压缩机20在开车过程中发生的超温超压的现象。
如前所述的，密封气的气源可以为气态也可以为液态，因此当密封气为气态密封气时，在将气态密封气输送至压缩机20之前，上述密封方法还包括对气态密封气增压的过程，使气态密封气的气压达到2.0MPa～2.25MPa之间，满足作为压缩机20密封气使用的气压要求。当密封气为液态密封气时，在将所述密封气输送至压缩机20之前，上述密封方法还包括：加热液态密封气至气态密封气，之后对气态密封气进行增压。
为了更好地实现密封效果，在将密封气输送至压缩机20之前，上述密封方法还包括将气态密封气进行稳压的过程，该稳压的过程包括：将气态密封气收集于密封气缓冲罐50中，在密封气缓冲罐50与入口气的压缩机入口气源之间形成连通，控制密封气由密封气缓冲罐50向压缩机入口气源的流速控制密封气缓冲罐50中的气态密封气的压力。经过稳压后的气态密封气，在压缩机20开车阶段作为压缩机20的密封气使用能够避免对压缩机正常工作的影响。
当密封气为液态密封气，在将密封气输送至上述压缩机20之前，该密封方法还包括：加热液态密封气至气态密封气；对气态密封气进行增压。即使所提供的密封气为液态，本领域技术人员也可以采用上述方法将其转化为气态后，再将其进行增压或者直接输送至压缩机。
为了进一步减少压缩机的运行成本，优选上述密封方法还包括将稳压过程中产生的液态密封气输送至压缩机入口气源的过程。因为密封气和入口气为同一种气体，因此将液态密封气进行回收，提高了其利用效率，减少了压缩机的运行成本。
此外，当压缩机正常运行或停运后，其中的密封气还可以回用，比如经过加热后的气态密封气，在压缩机开车阶段作为压缩机的密封气使用，在压缩机停运或正常运行阶段被输送至入口气的气源中。上述对气态密封气的使用和回用，进一步增加了密封气的使用效率。
利用上述方法使压缩机的密封气和入口气为同一种气体，正如上文提到的，当密封气和入口气为同一种气体时，即使密封气进入压缩机20缸体后与压缩机20的运输气混合，因为是同一种气体，所以此时的密封气不会存在使气相制冷剂分压降低的现象，从而气相制冷剂可以在水冷器中得到冷却，从而防止压缩机20在开车过程中发生的超温超压的现象。
上述压缩机适用于采用干气密封的丙烯压缩机、乙烯压缩机或氨气压缩机，当上述压缩机为丙烯压缩机时，所对应的压缩机入口气源中入口气即为丙烯；当上述压缩机为乙烯压缩机时，所对应的压缩机入口气源中入口气即为乙烯；当上述压缩机为氨气压缩机时，所对应的压缩机入口气源中入口气即为氨气，本领域技术人员均可以将上述内容用于指导丙烯压缩机、乙烯压缩机或氨气压缩机的密封中。以丙烯压缩机为例，上述压缩机密封气的供应装置适用于丙烯压缩机开机过程中的密封气供应，以及包含该压缩机的丙烯气液分离系统。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种压缩机密封气的供应装置，其特征在于，所述密封气与所述压缩机(20)的压缩机入口气源(110)中的入口气为同一种气体，所述供应装置包括密封气储罐(10)，与所述压缩机(20)的密封气管路通过第一密封气输送管线(70)连通，所述供应装置还包括：
密封气加热器(30)，设置在所述第一密封气输送管线(70)上；
增压器(40)，设置在所述密封气加热器(30)与所述压缩机(20)之间的所述第一密封气输送管线(70)上，
密封气缓冲罐(50)，设置在所述增压器(40)与所述压缩机(20)之间的所述第一密封气输送管线(70)上；
第二密封气输送管线(80)，连通所述密封气缓冲罐(50)和压缩机入口气源(110)以控制所述密封气缓冲罐(50)中的密封气压力。
2.根据权利要求1所述的供应装置，其特征在于，所述供应装置还包括：
第三密封气输送管线(90)，连通所述密封气缓冲罐(50)和所述压缩机入口气源(110)将所述密封气缓冲罐(50)中产生的液态密封气输送至所述压缩机入口气源(110)。
3.根据权利要求1所述的供应装置，其特征在于，所述密封气加热器(30)与所述增压器(40)之间的第一密封气输送管线(70)上设置有控制阀(71)，所述供应装置还包括第四密封气输送管线(100)，所述第四密封气输送管线(100)的入口设置在所述密封气加热器(30)与所述控制阀(71)之间的第一密封气输送管线(70)上，出口连通所述压缩机入口气源(110)设置。
4.根据权利要求1所述的供应装置，其特征在于，所述密封气与所述入口气为乙烯、丙烯或氨气。
5.一种气液分离系统，包括待分离气液源、压缩机、压缩机密封气的供应装置和分离气存储罐，其特征在于，所述压缩机密封气的供应装置为权利要求1至4中任一项所述的供应装置。
6.根据权利要求5所述的气液分离系统，其特征在于，所述气液分离系统的分离气存储罐作为所述密封气储罐使用。
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