как сгду обеспечивает уплотнение ротора цбн что является уплотняющей средой

Компрессорное оборудование с сухими газодинамическими уплотнениями (СГУ)

Ныне большинство новых нагнетателей, входящих в ГПА создаются с применением СГУ.

В газовой промышленности для транспортировки природного газа на дожимающих (ДКС) и линейных компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов (МГП) используются газоперекачивающие агрегаты (ГПА), имеющие в комплектации нагнетатели с сухими газодинамическими уплотнениями (СГУ).

Ныне большинство новых нагнетателей, входящих в ГПА, создаются с применением СГУ.

СГУ активно включаются в состав нагнетателей при реконструкции и модернизации ГПА.

Конструктивно СГУ могут быть одиночными, либо двойными, расположенных в одном картридже.

При этом, первичный газовый затвор действует как основной, а вторичный является резервным.

Напомним, что затраты на компрессор за весь период его работы складывается из инвестиционной стоимости оборудования, затрат на расходные материалы и техническое обслуживание.

Принцип работы СГУ.

Отфильтрованный природный газ (уплотняющий или буферный) подается в полость между картриджем уплотнения и внутренним лабиринтом.

Большая часть этого газа перетекает назад в компрессор по внутреннему лабиринту, обеспечивая отсутствие жидкости и механических частиц в уплотняющей полости, которые могут повредить газовый затвор.

Небольшая часть подаваемого газа поступает через уплотняющий зазор в полость между картриджами 1 й и 2 й ступени.

Эта полость вентилируется, и утечка отводится на свечу.

Картридж 2 й ступени уплотняется газовой утечкой из 1 й ступени или разделительным газом, используется в качестве опции при повышенных требованиях к безопасности техпроцесса или действует в качестве резервного уплотнения.

Барьерное уплотнение предназначено для изоляции газового уплотнения от подшипниковой камеры и предотвращения попадания масла на уплотнительные поверхности и служит последним рубежом защиты на случай катастрофических разрушений газовых затворов 1 й и 2 й ступени.

Конструктивно барьерное уплотнение выполняется в виде лабиринтного уплотнения или сегментного графитового кольца.

Уплотнение достигается за счет подачи буферного воздуха.

Графитовое кольцо, из-за меньшего зазора с валом компрессора, дает преимущество за счет более низких требований к расходу буферного воздуха по сравнению с лабиринтными барьерными уплотнениями.

Использование СГУ в составе ГПА требует установки оборудования, обеспечивающего подачу уплотняющего (буферного) газа с заданными параметрами к картриджам СГУ на всех режимах работы ГПА и барьерного воздуха с заданными параметрами к барьерным уплотнениям.

Источник уплотняющего природного газа должен обеспечить превышение давления уплотняющего газа над расчетным давлением (Р1+Д) на величину не менее 3,5 кгс/см 2 на всех режимах работы ГПА, в тч аварийной и нормальной остановке, запуска ГПА, работу на режиме «Кольцо», режимы с малыми степенями сжатия, в точке подключения для обеспечения адекватного регулирования величины перепада «газ-газ».

В системах СГУ, применяемых ныне на объектах газовой промышленности на нагнетателях ГПА для обеспечения требуемого перепада между давлением буферного газа и полостью всасывания, буферный газ отбирается из коллектора нагнетания (если на КС работает по крайней мере один ГПА), иначе природный газ отбирается на входе в ГПА.

Снижение требуемого перепада давления или его отсутствие на всех режимах работы ГПА вызывает прорыв неочищенного газа с нагнетания компрессора к СГУ и вывод его из строя.

Применение дожимной компрессорной установки (ДКУ) позволяет повысить автономность ГПА, надежность работы СГУ и увеличить ресурс ГПА.

Источник

Как сгду обеспечивает уплотнение ротора цбн что является уплотняющей средой

Что такое сухое газодинамическое уплотнение? Что такое Стандарт API 617?

Сухие газодинамические уплотнения похожи на торцевые уплотнения, но механического контакта между уплотняющими втулками при нормальной работе нет. Поэтому такие уплотнения нашли свое применение в высокоскоростных машинах, например, в компрессорах перекачки природного газа.

Проблема при использовании традиционных «масляных» уплотнений, т.е., обычных торцевых уплотнений в двойном режиме по Плану 54, состоит в риске перегрева из-за высоких окружных скоростей, особенно, если при этом и давление среды высокое. Природный газ под давлением 70 кгс/см2 и при частоте вращения 6500 об/мин очень сложно уплотнить обычным «масляным» уплотнением. При таких высоких значениях pv, торцевое уплотнение должно иметь высокий нормированный уровень протечек для предотвращения перегрева и отказа. Основная часть протечек собирается и возвращается в маслобак, но не вся. Какое-то количество барьерной жидкости попадает в компримируемый газ. Для одних потребителей это «всего лишь» стоимость масла, часто 1-3 бочки в день. Для других потребителей это другие потери, например, потери от загрязнения дорогостоящего катализатора (водородные компрессоры на НПЗ).

В отличие от «масляных» уплотний, в «сухих» уплотнениях контакта между уплотняющими втулками нет и, соответственно, нет нагрева. Между уплотняющими втулками имеется малый зазор из-за «всплывания» втулки с канавками над гладкой втулкой. В двойном уплотнений барьерный газ азот попадает в процесс. Если попадание азота в процесс недопустимо, то используется либо тандемное, либо тройное уплотнение.

Все изготовленные и даже лишь отремонтированные уплотнения подвергаются испытаниям по процедуре, описанной в стандарте API 617. Во время испытаний проверяется отсутствие контакта уплотняющих втулок в различных режимах, а также обеспечивается требуемый уровень расхода (протечек) газа.

Так как сухие газодинамические уплотнения используются, в основном, для уплотнения валов компрессоров (нагнетателей), то они изготавливаются по требованиям стандарта для компрессоров API 617. Некоторые технические требования также указаны в стандарте API 682 (стандарт по торцовым уплотнениям), так как сухие уплотнения используются также и для уплотнения валов насосов.

Говоря о насосах, применение в насосах сухих уплотнений пока что весьма ограничено из-за более высокой цены, в то время как применение сухих уплотнений в компрессорах стало преобладающим.

Источник

Газовая промышленность № 12 2016

Транспортировка газа и газового конденсата

Технология сухих газодинамических уплотнений (СГДУ) для герметизации роторов газовых компрессоров используется с 70­­х гг. ХХ в. Эксплуатационные преимущества СГДУ предопределили их широкое применение в центробежных компрессорах (ЦБК) газоперекачивающих агрегатов ПАО «Газпром». Сегодня парк ЦБК с СГДУ составляет более 700 ед. В связи с этим актуальны вопросы обеспечения надежной работы уплотнений.

Наиболее распространены СГДУ двухступенчатой конструкции (рисунок), состоящие из двух последовательно расположенных уплотнительных пар (основной и страховочной). Каждая пара состоит из твердосплавного вращающегося седла (роторная часть) и подвижного в осевом направлении торца, изготовленного из материала на основе графита (статорная часть). Специальные канавки на поверхности седла при вращении захватывают газ и создают области повышенного давления в стыке «седло – торец». Этим давлением торец отжимается от седла на величину рабочего зазора примерно 3 мкм.
В результате достигается бесконтактная работа уплотнительных пар с очень небольшим зазором, что позволяет, с одной стороны, исключить интенсивный износ уплотнительных пар, а с другой –
минимизировать величину протечек газа через уплотнение.

В связи с небольшими зазорами в уплотнительных парах они должны работать на очищенном от мехпримесей газе, так как любые частицы размером более 3 мкм вызовут повреждение поверхностей седла и торца с последующим отказом СГДУ. По­этому в полость перед первой ступенью подается специально подготовленный буферный газ (БГ), имеющий необходимую степень чистоты. Для предотвращения попадания недостаточно чистого перекачиваемого газа в уплотнение БГ должен иметь давление, на 10. 20 кПа превышающее давление газа в уплотняемой полости.

Протечки газа после обеих ступеней СГДУ отводятся на свечу. Для обеспечения взрывозащиты подшипника ЦБК в полость после второй ступени подается барьерный воздух (БВ), который за счет повышенного давления исключает попадание газа в подшипник. Так как БВ контактирует с деталями уплотнительной пары второй ступени, он также должен иметь необходимую степень очистки.

Помимо требований к чистоте от мехпримесей важно исключить риск выпадения конденсата из БГ и БВ, так как сконденсировавшие­ся углеводороды или влага вызывают нарушение работы уплотнительных пар (залипание торца, забивание канавок седла, вспучивание поверхности торца и пр.) и коррозию в расточке корпуса ЦБК. Риск выпадения конденсата из БГ и БВ определяется, с одной стороны, степенью их осушки, с другой – минимальной температурой БГ и БВ при работе.

Степень осушки сред зависит от применяемой технологии. Если при подготовке БГ и БВ не применяется дополнительная осушка, то содержание тяжелых углеводородов и влаги в БГ соответствует характеристикам перекачиваемого газа, а содержание влаги в БВ соответствует влажности атмосферного воздуха. Следует отметить, что осушка БГ и БВ может достигаться только путем использования специального оборудования. Это может быть либо охладительная установка с сепарацией конденсата, либо адсорбционная установка с регенерацией адсорбента. Обе технологии достаточно сложны и затратны, в связи с чем осушка БГ и БВ широко не применяется.

Минимальная температура БГ имеет место в камере между уплотнительными парами первой и второй ступеней СГДУ. Это обусловлено тем, что температура газа интенсивно снижается при его дросселировании в рабочем зазоре первой ступени вследствие эффекта Джоуля – Томсона. Уровень температуры в этой полости зависит от начальной температуры БГ, подаваемого в СГДУ, и перепада давлений, срабатываемого на первой ступени. Минимальная температура БВ реализуется при его контакте с охлажденными деталями СГДУ, уровень температур зависит от начальной температуры БВ и температуры омываемых деталей СГДУ. Также необходимо учитывать теплообмен БГ и БВ с торцевыми крышками ЦБК, по каналам в которых среды подводятся к СГДУ (рисунок).

Таким образом, при выборе температуры БГ, подаваемой к ЦБК, необходимо учитывать:

· уровень входного давления перекачиваемого газа (так как от него зависят перепад БГ, срабатываемый на первой ступени СГДУ, и соответствующее падение температуры БГ);

· уровень входной температуры перекачиваемого газа (от нее зависят температуры торцевых крышек ЦБК и, соответственно, снижение температуры БГ в их каналах);

· температуру точки росы перекачиваемого газа по тяжелым углеводородам (ТТР_ув) и воде (ТТР_в)
при давлении БГ в камере перед первой ступенью СГДУ (так как здесь газ контактирует с деталями, охлажденными сдросселированным в первой ступени газом).

Аналогично при выборе температуры БВ должны быть учтены:

· уровень входного давления перекачиваемого газа (так как от него зависит температура деталей второй ступени СГДУ, охлажденных сдросселированным в первой ступени газом);

· уровень входной температуры перекачиваемого газа (от нее зависит снижение температуры БВ в каналах торцевых крышек ЦБК);

· диапазон изменения влажности и температуры атмосферного воздуха (климатическая характеристика объекта).

Недостаточно полный учет перечисленных условий эксплуатации при выборе температур БГ и БВ обусловливает конденсатообразование в узлах СГДУ и их отказы. Подтверждением тому является освещенный ниже опыт эксплуатации ЦБК с СГДУ на компрессорных станциях (КС) магистрального газопровода (МГ) «Бованенково – Ухта».

Условия эксплуатации ЦБК на заполярном участке данного МГ характеризуются следующим:

• давление перекачиваемого газа на входе ЦБК: 8,0. 9,0 МПа (изб);

• температура перекачиваемого газа на входе ЦБК: –15. 5 °С;

• ТТР_ув перекачиваемого газа: –4. –9 °С (при 8,0. 9,0 МПа);

• ТТР_в перекачиваемого газа:–6. –13 °С (при 8,0. 9,0 МПа);

• относительная влажность атмосферного воздуха: от 80 % до состояния насыщения при текущей температуре;

• температура атмосферного воздуха: –40. 20 °С.

При данных условиях температура БГ при дросселировании в первой ступени СГДУ до давления около 20 кПа (изб) снижается на 40. 50 °С. Поэтому для исключения конденсатообразования необходимо иметь температуру БГ, подаваемого к СГДУ, не менее 45. 50 °С, чтобы избежать появления отрицательных температур в уплотнении. С учетом охлаждения в крышках ЦБК это требует подавать БГ к фланцу ЦБК с температурой на уровне 50. 55 °С.

Что касается БВ, то для исключения конденсатообразования необходимо поддерживать такие условия, чтобы температура воздуха в уплотнении не понижалась ниже его текущей ТТР_в. Для этого проще всего обеспечить превышение температуры БВ над температурой уличного воздуха с необходимым запасом. Этот запас (с учетом охлаждения в каналах крышек ЦБК) целесообразно предусматривать на уровне не менее 30 °С.

Данные требования к температурам рабочих сред СГДУ не были учтены при разработке систем подготовки БГ и БВ в составе оборудования ГПА, эксплуатирующихся на ряде КС МГ «Бованенково – Ухта». Температуры БГ, подаваемого к фланцам ЦБК, составляли 15. 30 °С, температуры БВ – около 20 °С при температуре уличного воздуха 10 °С (в осенний период).

В результате произошло множество отказов СГДУ по причине разгерметизации первой и второй ступеней. На четырех КС, оснащенных одинаковыми ГПА, в течение года произошло 17 отказов. Отказы преимущественно происходили в периоды, когда температура газа на входе ЦБК опускалась ниже –5 °С. Бόльшая часть отказов, связанных с разгерметизацией второй ступени, произошла в наиболее влажный летне­­осенний период года.

При ревизиях отказавших СГДУ обнаружены углеводородные отложения и влага на деталях, повреждения уплотнительных пар, залипание подвижных торцов. Таким образом, все отказы произошли по причине выпадения конденсата из БГ и БВ непосредственно в узлах СГДУ.

В результате обследований систем подготовки БГ и БВ были выявлены следующие недостатки их работы:

· недостаточная температура БГ, подаваемого к ЦБК;

· завышенный расход БГ относительно расчетных величин;

· недостаточная пропускная способность фильтров БГ;

· недостаточный подогрев БВ при работе системы подготовки воздуха в «летнем» режиме.

Недостаточная температура БГ в значительной мере обусловлена теплопотерями во внешнюю среду. Часть тепла теряется при прохождении газа через протяженный цеховой коллектор, а основные теплопотери происходят в укрытии ГПА из­­за теплоотдачи от оборудования системы БГ, не имеющего теплоизоляции.

С другой стороны, недостаточная температура БГ обусловливается низкой эффективностью подогрева в электроподогревателе, штатная конфигурация которого не позволяла поднять температуру БГ на выходе выше 35. 44 °С. Дополнительное снижение эффективности подогрева возникает из­­за завышенных расходов БГ.

С учетом снижения температуры БГ при его последующем дросселировании в регулирующем клапане «газ­­газ» (на 9. 10 °С) вышеперечисленные факторы не позволяли подать БГ с температурой выше 15. 30 °С.

Недостаточный подогрев БВ возникает при работе системы его подготовки в «летнем» режиме, с охлаждением воздуха в специальном теплообменнике. Необходимость охлаждения БВ обусловлена тем, что этот же воздух используется для охлаждения электромагнитных подшипников (ЭМП) ротора ЦБК. Поэтому в летне­­осенний период превышение температуры БВ над температурой уличного воздуха составляет около 10 °С.

Недостаточная пропускная способность штатных фильтров БГ, имеющих тонкость очистки 1 мкм, вызывала повышенный перепад давления на фильтрах, что приводило к необходимости работать на обоих фильтрах одновременно
(т. е. без резерва).

В результате совместной работы с разработчиком ГПА был определен комплекс доработок, позволивших устранить указанные недостатки исходной конфигурации систем БГ и БВ.

Для повышения температуры БГ выполнено следующее:

· смонтирована линия агрегатного отбора БГ из выходного патрубка ЦБК (т. е. отбор из точки с максимальной температурой газа);

· терморегуляторы электроподогревателей заменены на имеющие расширенный диапазон настройки по температуре (т. е. увеличена степень подогрева);

· расход БГ снижен за счет установки дроссельных шайб;

· предусмотрена теплоизоляция оборудования системы БГ.

Для повышения температуры БВ изменена схема подачи воздуха в узлы СГДУ. В результате доработки БВ подается к уплотнениям не через штатные каналы в крышках ЦБК, а через специально просверленные отверстия в обойме страховочного подшипника (рисунок). Тем самым исключается охлаждение БВ в каналах крышек, и воздух перед подачей к СГДУ дополнительно подогревается в результате теплосъема с катушек ЭМП.

Пропускная способность фильтров повышена путем замены фильтроэлементов на имеющие степень очистки 3 мкм, за счет этого обеспечена нормальная работа на одном фильтре (с резервом).

В результате доработок температура БГ, подаваемого к ЦБК, повышена до 44. 52 °С. Температура БВ, подаваемого в узлы СГДУ, при типичной летне­­осенней температуре уличного воздуха 10. 15 °С
составляет не менее 35. 40 °С.

За истекший трехмесячный период эксплуатации ГПА с доработанными системами БГ и БВ отказов с разгерметизацией СГДУ не зафиксировано, что свидетельствует об эффективности доработок. Окончательные выводы будут сделаны по результатам эксплуатации доработанных ГПА в 2017 г.

Вышеописанный опыт эксплуатации наглядно подтверждает необходимость всестороннего учета и анализа условий эксплуатации оборудования. Технические решения, казалось бы, уже испытанные на ранее реализованных объектах, при применении в новых условиях должны пересматриваться и при необходимости модифицироваться.

Источник

Система сухих газовых уплотнений

1.Введение.

Настоящая эксплуатационная документация содержит руководство по эксплуатации, описание, инструкцию по монтажу и регулировке системы сухих газовых уплотнений (в дальнейшем системы СГУ) нагнетателя природного газа Н-498-21-1Л.

Настоящая документация является базовым документом, регламентирующим правила сборки, разборки, монтажа, демонтажа и эксплуатации системы СГУ нагнетателя Н-498-21-1Л.

2.Назначение и область применения.

Система СГУ предназначена для герметизации природного газа на концах валов нагнетателя с масляными подшипниками в динамическом (при вращении ротора) и в статическом (стояночном) режиме работы.

3.Устройство и работа системы СГУ.

3.1 Состав системы СГУ.
Таблица 3.1

1. Узлы уплотнений (основные) 2А-2Е-189/1 (поставка АО »Грейс»)

2. Контрольно-измерительная панель 2А/1-2Е/5-ВК (поставка АО »Грейс»)

3. Система трубной обвязки для подвода и отвода газовых потоков в КИП СГУ и в уплотнения (обеспечивает разработчик ГПА)

4. Система электрической обвязки КИП СГУ (обеспечивает разработчик ГПА)

3.2 Конструкция и принцип действия узлов уплотнений.

Узлы уплотнений на Н-498-21-1-1Л выполнены по схеме » двойные, последовательные уплотнения с подачей воздуха барьерного для продувки концевого лабиринта». Узлы поставляются в реверсивном исполнении.

Узел уплотнения состоит из двух последовательно расположенных уплотнительных ступеней. Уплотнительные ступени состоят из подвижных в осевом направлении торцов, закреплённых внутри корпусов и нагруженных в осевом направлении набором пружин. Торцы прижимаются к нагруженным сёдлам. Сёдла закреплены с помощью роторных втулок на валу компрессора. Сёдла в осевом направлении не подвижны. На торцевых рабочих поверхностях сёдел выполнены динамические пазы глубиной несколько микрон.

При вращении сёдел буферный газ захватывается канавками и нагнетается к внутреннему диаметру канавок. В этом месте поток газа встречается с уплотнительной перегородкой, которая создаёт сопротивление потоку, что приводит к увеличению давления. Вследствие этого происходит отжатие торцов, они » всплывают » в газовом слое. Устанавливаются уплотнительные зазоры величиной несколько микрон, через которые дросселируется буферный газ.

Отчищенный буферный газ через канал (1) подаётся на первую ступень уплотнения с давлением превышающим давление рабочего газа компрессора в области уплотнения. Основная часть газа поступает через лабиринт внутрь компрессора. Таким образом, предотвращается попадание природного газа из нагнетателя в уплотнения. Меньшая часть газа дросселируется через уплотненительный зазор первой (внутренней) ступени уплотнения и составляет первичную утечку, которая выводится на свечу через канал (2).

Вторая (внешняя) уплотнительная пара работает под давлением 0.2 кгс/см2. Она запирает первичную утечку, а также является страховочной на случай разгерметизации первой ступени.

Концевой лабиринт является ещё одной дополнительной уплотнительной ступенью. Барьерный газ (воздух) подаётся в полость перед лабиринтом через канал (3). Часть барьерного газа (75% от общего объёма) подаётся в полость за второй ступенью и, смешивается со вторичной утечкой (утечка через вторую ступень), отводится через канал (4). Таким образом, обеспечивается защита от попадания буферного газа в камеру подшипников. Другая часть барьерного газа поступает в камеру подшипников, выдувая при этом смазочное масло.

Сведения о материалах применяемых в узлах уплотнений Таблица 3.2