CN111043069A - 离心压缩机用干气密封控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心压缩机用干气密封控制系统，涉及离心机密封技术领域，采用充满密封气的一级密封气控制、二级密封气控制和隔离气控制对离心压缩机进行密封，并在离心压缩机的工作介质发生泄漏时，利用各个控制之间的压力，将工作介质的泄漏转化为密封气的泄漏，且通过控制密封气的量来保证干气密封的密封效果。离心压缩机用干气密封控制系统包括：一级密封气控制、二级密封气控制、隔离气控制和放火炬气控制；一级密封气控制将泄漏气传输至放火炬气控制放空；二级密封气控制将第二密封气的泄漏气放空；隔离气控制将第二密封气的泄漏气和隔离气进行放空；放火炬气控制将一级密封气控制传输的泄漏气和第二密封气通过离心压缩机的法兰进行放空。

Description

离心压缩机用干气密封控制系统

技术领域

本发明涉及离心机密封技术领域，特别是涉及一种离心压缩机用干气密封控制系统。

背景技术

目前，在石化和煤化工行业，离心压缩机是一种重要的战略型设备，被广泛应用于炼油、化肥、制冷、液化天然气等化工流程。离心压缩机常见的工作介质有氨气、丙烯、天然气、石油富气、一氧化碳、甲醇、乙烯、氢气等，其中很多工作介质具有易燃、易爆、有毒、有害等特点。为了保证离心压缩机的安全性，通常采用干气密封作为离心压缩机的轴端密封，来保证工作介质不会对机组外泄漏，从而避免造成安全隐患和环境污染。

相关技术中，采用干气密封作为离心压缩机的轴端密封时，当离心压缩机的端面外侧开设有流体动压槽的动环旋转时，流体动压槽把外径侧的高压隔离气体泵入密封端面之间，由外径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至内径处气膜压力逐渐下降，因端面膜压增加使所形成的开启力大于作用在密封环上的闭合力，在摩擦副之间形成很薄的一层气膜，从而使密封工作在非接触状态下。所形成的气膜完全阻塞了相对低压的工作介质泄漏通道，实现了工作介质的零泄漏或零溢出。

在实现本发明的过程中，发明人发现相关技术至少存在以下问题：

在使用干气密封时，干气密封中组成气膜的密封气也会发生泄漏，长此以往，干气密封会失效，因此，亟需一种监测干气密封是否失效的控制系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离心压缩机用干气密封控制系统，主要目的在于解决监测干气密封是否失效的问题。

依据本发明第一方面，提供了一种离心压缩机用干气密封控制系统，所述离心压缩机用干气密封控制系统包括：一级密封气控制、二级密封气控制、隔离气控制和放火炬气控制；

所述一级密封气控制与所述二级密封气控制、所述放火炬气控制相连，储存有第一密封气，控制所述第一密封气的气体量，将所述第一密封气的泄漏气和所述二级密封气控制的泄漏气传输至所述放火炬气控制进行放空；

所述二级密封气控制与所述一级密封气控制、所述放火炬气控制相连，储存有第二密封气，控制所述第二密封气的气体量，将所述第二密封气的泄漏气进行放空；

所述隔离气控制与所述二级密封气控制相连，存储有隔离气，接收所述第二密封气的泄漏气，将所述第二密封气的泄漏气和所述隔离气进行放空，所述隔离气用于阻止润滑油污染所述二级密封气的密封端面；

所述放火炬气控制与所述一级密封气控制、所述二级密封气控制相连，接收所述一级密封气控制传输的泄漏气，接收所述二级密封气控制的第二密封气，将所述一级密封气控制传输的泄漏气和所述第二密封气通过离心压缩机的法兰进行放空。

在另一个实施例中，所述一级密封气控制，包括：一级密封腔和一级排气腔；

所述一级密封腔接收经过过滤的所述第一密封气，并储存所述第一密封气，所述第一密封气用于对离心压缩机的工作介质进行密封；

当离心压缩机发生气体泄漏时，所述一级排气腔接收所述第一密封气的泄漏气和所述第二密封气的泄漏气，并将所述第一密封气的泄漏气和所述第二密封气的泄漏气传输至所述放火炬气控制进行放空。

在另一个实施例中，所述一级密封气控制，还包括：第一压力表和气动调节阀；

所述第一压力表测量所述一级密封气控制的实时压力值，测量所述一级密封气控制与平衡气管的第一压差，测量所述一级密封气控制与所述放火炬气控制的第二压差；

所述气动调节阀对所述第一密封气的气体量进行调节，控制所述第一压差达到第一预设压差值，控制所述第二压差达到第二预设压差值。

在另一个实施例中，所述二级密封气控制，包括：二级密封腔和二级排气腔；

所述二级密封腔接收所述第二密封气，并储存所述第二密封气，所述第二密封气用于阻止所述一级密封气控制的泄漏气进入所述二级密封气控制的密封端面；

当所述一级密封气控制发生气体泄漏时，所述二级排气腔接收所述第二密封气的泄漏气，将所述第二密封气的泄漏气进行放空。

在另一个实施例中，所述二级密封气控制，还包括：流量计和第二压力表；

所述第二压力表测量所述二级密封气控制的实时压力值；

所述流量计接收所述第二密封气，并基于所述流量计后的针阀控制所述二级密封气控制中所述第二密封气的气体量。

在另一个实施例中，所述隔离气控制，包括：孔板、至少一个隔气室、轴承回油放空孔；

所述孔板接收经过过滤的所述隔离气，对所述隔离气控量后，控制所述隔离气进入所述至少一个隔气室；

所述至少一个隔气室位于离心压缩机侧端，接收所述第二密封气的泄漏气，将经过迷宫前端的隔离气和所述第二密封气的泄漏气引至安全地点放空；

所述轴承回油放空孔将经过迷宫后端的隔离气进行就地放空。

在另一个实施例中，所述隔离气控制，还包括：压力调节阀、第一压力变送器；

所述压力调节阀测量所述至少一个隔气室的隔离气压力；

所述第一压力变送器控制所述至少一个隔气室的隔离气压力达到第一预设压力值。

在另一个实施例中，如果离心压缩机正常运行，则所述隔离气控制持续接收所述隔离气；

如果所述离心压缩机停止运行，则在检测到所述润滑油停止供给时，所述隔离气控制停止接收所述隔离气。

在另一个实施例中，所述放火炬气控制，包括：流量变送器和第二压力变送器；

所述流量变送器接收所述一级密封气控制传输的泄漏气，接收所述二级密封气控制的第二密封气，对所述泄漏气和所述第二密封气控量后，通过离心压缩机的法兰将所述泄漏气和所述第二密封气引至高点进行放空；

所述第二压力变送器测量所述放火炬气控制的实时压力值。

所述流量变送器测量所述放火炬气控制的实时流量值。

在另一个实施例中，如果所述实时流量值高于流量阀值，则显示第一警报，所述第一警报用于指示所述一级密封气控制发生异常；

如果所述实时流量值低于所述流量阀值，则获取所述二级密封气控制的实时压力值和气体量，并在确定所述二级密封气控制的实时压力值和气体量正常时，显示第二警报，所述第二警报用于指示所述二级密封气控制发生异常。

借由上述技术方案，本发明提供的一种离心压缩机用干气密封控制系统，与目前在摩擦副之间形成很薄的一层气膜的方式相比，本发明采用充满密封气的一级密封气控制、二级密封气控制和隔离气控制对离心压缩机进行密封，并在离心压缩机的工作介质发生泄漏时，利用各个控制之间的压力，将工作介质的泄漏转化为密封气的泄漏，且通过控制密封气的量来保证干气密封的密封效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1A示出了本发明实施例提供的一种离心压缩机用干气密封控制系统的示意图；

图1B示出了本发明实施例提供的一种连接通道的示意图；

图1C示出了本发明实施例提供的一种一级密封气控制的示意图；

图1D示出了本发明实施例提供的一种二级密封气控制的示意图；

图1E示出了本发明实施例提供的一种放火炬气控制的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种离心压缩机用干气密封控制系统，采用充满密封气的一级密封气控制、二级密封气控制和隔离气控制对离心压缩机进行密封，并在离心压缩机的工作介质发生泄漏时，利用各个控制之间的压力，达到了将工作介质的泄漏转化为密封气的泄漏，且通过控制密封气的量来保证干气密封的密封效果的目的，参见图1A，该离心压缩机用干气密封控制系统，包括：一级密封气控制、二级密封气控制、隔离气控制和和放火炬气控制，一级密封气控制、二级密封气控制和隔离气控制均基于图1B所示的连接通道实现与放火炬气控制的连接。

一级密封气控制

一级密封气控制与二级密封气控制、放火炬气控制相连，储存有第一密封气，控制第一密封气的气体量，并将第一密封气的泄漏气和二级密封气控制的泄漏气传输至放火炬气控制进行放空。参见图1C，一级密封气控制包括一级密封腔和一级排气腔。其中，一级密封腔接收经过过滤的第一密封气，并储存第一密封气，第一密封气用于对离心压缩机的工作介质进行密封。通常第一密封气为工艺气或氮气，在对第一密封气进行过滤时，可以采用粗过滤器和精过滤器依次对第一密封气进行过滤，从而降低第一密封气中的杂质率，避免第一密封气中的杂质对整个密封系统的正常运作造成影响。

一级排气腔用于将第一密封气的泄漏气和二级密封气控制泄漏到一级密封气控制的泄漏气进行放空。当离心压缩机发生气体泄漏时，由于气体间存在压力，会使离心压缩机泄漏的工作介质进入到一级密封气控制中，使得一级密封气控制中的第一密封气在压力的作用下发生泄漏，一部分第一密封气会泄漏近一级排气腔，且由于一级密封气控制与二级密封气控制之间的密封端面仅是由气体形成的，因此，也会有二级密封气中储存的部分第一密封气泄漏进一级排气腔，这样，当离心压缩机发生气体泄漏时，一级排气腔就会接收到第一密封气的泄漏气和第二密封气的泄漏气，并会将第一密封气的泄漏气和第二密封气的泄漏气传输至放火炬气控制进行放空，从而保证整个离心压缩机用干气密封控制系统中的气压平衡。

在实际应用的过程中，考虑到一级密封气控制中可容纳的气体量是有限的，且需要实时根据一级密封气控制的压力来补充第一密封气或者执行气体放空的过程，从而保证一级密封气控制的密封效果，因此，一级密封气控制中还设置有第一压力表和气动调节阀。其中，第一压力表用于测量一级密封气控制的实时压力值，测量一级密封气控制与平衡气管的第一压差，测量一级密封气控制与放火炬气控制的第二压差。具体地，第一压力表不一定只是一个压力表，可以包括一个管路压力表、一个过滤器压差表和两个压差测量表。管路压力表用于测量一级密封气控制的实时压力值；过滤器压差表用于测量粗过滤器和精过滤器的压差，从而保证过滤器的正常工作；两个压差测量表可以设置在气动调节阀的后方，一个压差测量表用于测量一级密封气控制与平衡气管的第一压差，另一个压差测量表用于测量一级密封气控制与放火炬气控制的第二压差，以便气动调节阀通过该压差测量表来控制第一压差达到第一预设压差值，控制第二压差达到第二预设压差值。

需要说明的是，第一预设压差值和第二预测压差值可以根据离心压缩机的型号、离心压缩机的轴径、平衡管背压等因素设置，还可随着离心压缩机所在场景的不同进行变化，通常来说取值在50Kpa至150Kpa之间，在有些场景下也可以达到200Kpa。在实际应用的过程中，为了简化整个测压过程，还可以仅设置一个综合预设压差值，选择第一压差和第二压差中较低的一个压差与该综合预设压差值进行比对，只要该较低的压差达到了综合预设压差值即可。

二级密封气控制

二级密封气控制与一级密封气控制、放火炬气控制相连，储存有第二密封气，控制第二密封气的气体量，将第二密封气的泄漏气进行放空。参见图1D左侧分支，二级密封气控制包括二级密封腔和二级排气腔。二级密封腔接收第二密封气，并储存第二密封气，第二密封气用于阻止一级密封气控制的泄漏气进入二级密封气控制的密封端面，其中，少量的第二密封气会通过密封端面泄漏到二级排气腔中，而另外大部分的第二密封气会经过离心压缩机中间迷宫密封进入到一级密封气控制中，与一级密封气控制的泄漏气一同传输至放火炬气控制。通常第二密封气为经过精过滤器过滤后的氮气，从而降低第二密封气中的杂质率，避免第一密封气中的杂质对整个密封系统的正常运作造成影响。

二级排气腔用于接收第二密封气泄漏的泄漏气，并将泄漏气放空。当由于离心压缩机的工作介质泄漏而导致一级密封气控制发生气体泄漏时，在气压的作用下，少量的第二密封气会通过二级密封气控制的密封端面泄漏到二级排气腔内。为了避免第二密封气长时间泄漏至二级排气腔内会导致二级排气腔内的气体量过量，因此，当二级排气腔接收到第二密封气的泄漏气时，将第二密封气的泄漏气进行放空。需要说明的是，二级排气腔也可以定时或者定量的进行放空，例如，每隔1分钟放空一次，或者当二级排气腔内的泄漏气的气体量达到预设值时放空一次。本发明实施例对二级排气腔执行放空的时机不进行具体限定。

在实际应用的过程中，为了及时对二级密封气控制中的第二密封气进行补充以及放空，二级密封气控制中还可以设置流量计和第二压力表。流量计用于控制进入二级密封腔内的第二密封气的气体量，可以设置在二级密封腔的入口或者二级密封气控制的入口处。第二压力表用于测量二级密封气控制的实时压力值。而在实际应用的过程中，第二压力表具体可包括管路压力表和精过滤器压力表，并基于管路压力表查看氮气管路的实时压力值，基于精过滤器压力表查看精过滤器的压力值，从而保证精过滤器的正常工作。另外，为了可以在压力值过大或者过小时对压力值进行调节，二级密封气控制中还可以设置自力式压力调节阀，并基于该自力式压力调节阀保证二级密封气控制中的压力值，保证二级密封气控制的正常运行。

隔离气控制

在实际应用的过程中，由于离心压缩机的运作还需要依靠润滑油，因此，为了避免润滑油污染干气密封控制中各个密封气控制之间的密封端面，干气密封控制中还可以设置隔离气控制。参见图1D右侧分支，隔离气控制与二级密封气控制相连，其中充满隔离气，并接收第二密封气的泄漏气，将第二密封气的泄漏气和隔离气进行放空，隔离气用于阻止润滑油污染二级密封气的密封端面。其中，隔离气可为经过精过滤器过滤后的氮气。通常来说，隔离气控制包括孔板、至少一个隔气室、轴承回油放空孔。孔板接收经过过滤的隔离气，对隔离气控量后，控制隔离气进入至少一个隔气室；至少一个隔气室位于离心压缩机侧端，接收第二密封气的泄漏气，将经过迷宫前端的隔离气和第二密封气的泄漏气引至安全地点放空；轴承回油放空孔将经过迷宫后端的隔离气进行就地放空。

这样，隔离气控制在进行工作时，氮气经过精过滤器过滤后作为隔离气，隔离气经由孔板进入离心压缩机两端的隔气室，进入隔气室的一部分隔离气经离心压缩机的后置迷宫的前端后与二级密封气控制的泄漏气混合，并引至安全地点放空；另一部分隔离气经离心压缩机的后置迷宫的后端后，通过轴承回油放空孔就地放空。

需要说明的是，为了避免在离心压缩机的工作过程中，由于隔离气的量不足或者过多导致的润滑油发生泄漏，可以设置一个自力式压力调节阀，由自力式压力调节阀保证隔离气控制中的气压，避免在离心压缩机正常工作时中断隔离气。另外，若在离心压缩机停止工作时立即停止隔离气的供应，则很有可能会造成润滑油的泄漏，因此，如果离心压缩机正常运行，则该自力式压力调节阀保证隔离气控制持续接收隔离气。如果离心压缩机停止运行，则该自力式压力调节阀并不会在离心压缩机停止工作时停止接收隔离气，而是在检测到润滑油停止供给时，停止接收隔离气。

放火炬气控制

放火炬气控制与一级密封气控制、二级密封气控制相连，接收一级密封气控制传输的泄漏气，接收二级密封气控制的大部分第二密封气，并将一级密封气控制传输的泄漏气和大部分第二密封气混合后进行放空。参见图1E，放火炬气控制包括流量变送器和第二压力变送器。流量变送器接收一级密封气控制传输的泄漏气，接收二级密封气控制的大部分第二密封气，测量放火炬流量，对泄漏气和大部分第二密封气控量并混合后，通过离心压缩机的法兰将混合后的混合气引至高点进行放空。第二压力变送器测量放火炬气控制的实时压力值，流量变送器测量放火炬气控制的实时流量值，保证放空操作可以正常执行。

综上所述，在本发明的离心压缩机用干气密封控制系统中，为了保证干气密封运行的可靠性，每套干气密封都有与之相匹配的离心压缩机用干气密封控制系统，使得密封工作在最佳设计状态，且当密封失效时系统能及时报警。其中，离心压缩机用干气密封控制系统对密封是否正常运行的监测主要是通过对气体泄漏量和实时压力值的监测进行的，气体泄漏量过低或过高，系统均报警，当气体泄漏量超过一定值以后，表明干气密封已经失效。本发明所述的离心压缩机用干气密封控制系统可以用于西气东输中的气体密封。

本发明实施例提供的离心压缩机用干气密封控制系统，采用充满密封气的一级密封气控制、二级密封气控制和隔离气控制对离心压缩机进行密封，并在离心压缩机的工作介质发生泄漏时，利用各个控制之间的压力，将工作介质的泄漏转化为密封气的泄漏，且通过控制密封气的量来保证干气密封的密封效果。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述离心压缩机用干气密封控制系统包括：一级密封气控制、二级密封气控制、隔离气控制和放火炬气控制；

所述一级密封气控制与所述二级密封气控制、所述放火炬气控制相连，储存有第一密封气，控制所述第一密封气的气体量，将所述第一密封气的泄漏气和所述二级密封气控制的泄漏气传输至所述放火炬气控制进行放空；

所述二级密封气控制与所述一级密封气控制、所述放火炬气控制相连，储存有第二密封气，控制所述第二密封气的气体量，将所述第二密封气的泄漏气进行放空；

所述隔离气控制与所述二级密封气控制相连，存储有隔离气，接收所述第二密封气的泄漏气，将所述第二密封气的泄漏气和所述隔离气进行放空，所述隔离气用于阻止润滑油污染所述二级密封气的密封端面；

所述放火炬气控制与所述一级密封气控制、所述二级密封气控制相连，接收所述一级密封气控制传输的泄漏气，接收所述二级密封气控制的第二密封气，将所述一级密封气控制传输的泄漏气和所述第二密封气通过离心压缩机的法兰进行放空。

2.根据权利要求1所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述一级密封气控制，包括：一级密封腔和一级排气腔；

所述一级密封腔接收经过过滤的所述第一密封气，并储存所述第一密封气，所述第一密封气用于对离心压缩机的工作介质进行密封；

当离心压缩机发生气体泄漏时，所述一级排气腔接收所述第一密封气的泄漏气和所述第二密封气的泄漏气，并将所述第一密封气的泄漏气和所述第二密封气的泄漏气传输至所述放火炬气控制进行放空。

3.根据权利要求2所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述一级密封气控制，还包括：第一压力表和气动调节阀；

所述第一压力表测量所述一级密封气控制的实时压力值，测量所述一级密封气控制与平衡气管的第一压差，测量所述一级密封气控制与所述放火炬气控制的第二压差；

所述气动调节阀对所述第一密封气的气体量进行调节，控制所述第一压差达到第一预设压差值，控制所述第二压差达到第二预设压差值。

4.根据权利要求1所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述二级密封气控制，包括：二级密封腔和二级排气腔；

所述二级密封腔接收所述第二密封气，并储存所述第二密封气，所述第二密封气用于阻止所述一级密封气控制的泄漏气进入所述二级密封气控制的密封端面；

当所述一级密封气控制发生气体泄漏时，所述二级排气腔接收所述第二密封气的泄漏气，将所述第二密封气的泄漏气进行放空。

5.根据权利要求4所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述二级密封气控制，还包括：流量计和第二压力表；

所述第二压力表测量所述二级密封气控制的实时压力值；

所述流量计接收所述第二密封气，并基于所述流量计后的针阀控制所述二级密封气控制中所述第二密封气的气体量。

6.根据权利要求1所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述隔离气控制，包括：孔板、至少一个隔气室、轴承回油放空孔；

所述孔板接收经过过滤的所述隔离气，对所述隔离气控量后，控制所述隔离气进入所述至少一个隔气室；

所述至少一个隔气室位于离心压缩机侧端，接收所述第二密封气的泄漏气，将经过迷宫前端的隔离气和所述第二密封气的泄漏气引至安全地点放空；

所述轴承回油放空孔将经过迷宫后端的隔离气进行就地放空。

7.根据权利要求6所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述隔离气控制，还包括：压力调节阀、第一压力变送器；

所述压力调节阀测量所述至少一个隔气室的隔离气压力；

所述第一压力变送器控制所述至少一个隔气室的隔离气压力达到第一预设压力值。

8.根据权利要求1所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，如果离心压缩机正常运行，则所述隔离气控制持续接收所述隔离气；

如果所述离心压缩机停止运行，则在检测到所述润滑油停止供给时，所述隔离气控制停止接收所述隔离气。

9.根据权利要求1所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，所述放火炬气控制，包括：流量变送器和第二压力变送器；

所述流量变送器接收所述一级密封气控制传输的泄漏气，接收所述二级密封气控制的第二密封气，对所述泄漏气和所述第二密封气控量后，通过离心压缩机的法兰将所述泄漏气和所述第二密封气引至高点进行放空；

所述第二压力变送器测量所述放火炬气控制的实时压力值。

所述流量变送器测量所述放火炬气控制的实时流量值。

10.根据权利要求9所述的离心压缩机用干气密封控制系统，其特征在于，如果所述实时流量值高于流量阀值，则显示第一警报，所述第一警报用于指示所述一级密封气控制发生异常；

如果所述实时流量值低于所述流量阀值，则获取所述二级密封气控制的实时压力值和气体量，并在确定所述二级密封气控制的实时压力值和气体量正常时，显示第二警报，所述第二警报用于指示所述二级密封气控制发生异常。

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