收稿日期:２０２０Ｇ０３Ｇ１１.
作者简介：徐上峰，男,２００６年毕业于大连理工大学化工过程机械专业，工学硕士，长期从事转动设备工程设计工作，高级工程师，已发表论文４篇.
E m a i l :x u s h a n g f e n g ＠s e i ．c o m．c n .浅析A P I ６９２在石化离心压缩机
干气密封工程设计中的应用
徐上峰
(中国石化工程建设有限公司，北京１００１０１
)㊀㊀摘㊀要：美国石油协会(A P I )在２０１８年６月发布了第１版轴流式㊁
离心式和螺杆式压缩机干气密封系统的规范  A P I ６９２:I s t e t ．ʌ１ɔ
.虽然在A P I ６１７和A P I ６１４中都有干气密封的相关章节，但A P I ６９２发布之
前，一直没有专门针对离心压缩机的干气密封的规范；在以往的工程实践中所执行的规范主要是A P I ６１７和
A P I ６１４的相关章节，以及制造商规范和部分工程公司的工程规定，上述的这些规范有的比较宽泛，有的是针对特定装置或者特定机组的，不具备通用性.很多用户在使用干气密封的过程中，安装㊁维护和操作也都是基于制造商的规范和以往经验.因此美国石油协会发布的A P I ６９２作为一个专门的干气密封的规范是十分必要的.该规范内容十分丰富，要求较高.文章就A P I ６９２中一些重点内容进行解读，并浅析A P I ６９２在石化离心压缩机干气密封工程设计中如何应用.
关键词:A P I ６９２㊀离心压缩机㊀干气密封㊀工程实践
d o i :１０．３９６９/j
．i s s n ．１００６－８８０５．２０２０．０３．０１０㊀㊀美国石油协会(A P I )在２０１８年发布的A P I
６９２共分为４个部分:P a r t１G e n e r a lR e q u i r e Ｇm e n t
，通用要求，这一部分主要是对干气密封及系统的一般性㊁共性要求，与其他各部分共同使用;P a r t ２D r y G
a sS e a l s 是针对干气密封本体的要求;P a r t ３D r y G a s S e a l s S y s t e m 是针对干气密封系统的要求;P a r t ４I n s t a l l a t i o na n dC o mm i s Ｇ
s i o n i n g 是对干气密封及系统的安装和试车要求.本文逐章对该规范中与工程实践相关部分的重点章节进行了解读和分析.
１㊀第一部分通用要求
该标准中６．２．１条明确提出了干气密封及系统的设计要满足所有的正常操作㊁开停工㊁测试等所有瞬态和稳态的要求.该标准条款也通过提高对密封系统的设计要求和密封本体材料的选材要求，最大程度地保证干气密封能够适应各种工况.在目前工程实践中，一般也都会要求干气密封的运行满足数据表中所列的工况，以及开车㊁盘车㊁惰转㊁紧急停车等特殊工况.但是在压缩机开车㊁紧急停车阶段，压缩机的运行状态很不稳定
ʌ２ɔ
，有相当一部分干气密封失效就是出现在开
车㊁紧急停车或者工况急剧变化的阶段
ʌ３Ｇ４ɔ
.特别
是空气或者氮气试车阶段，外部条件不好，密封
很容易损坏.部分压缩机制造厂和干气密封制造厂出于安全㊁造价等因素考虑，经常在车间试车或现场空气㊁氮气试车时采用试车密封(迷宫密封或衬套密封)
，待机组正式投用工艺气时再安装正式密封；这种方式虽然有利于保护昂贵的干气密封，但是无形中提高了制造厂和用户的采购成本和工作量，而且合同密封在投用工艺气前也无法在机组试车时得到初步验证.因此建议在以后的工程实践中，干气密封本体及系统在设计时就充分考虑压缩机所有的运转工况，从根本上解决干气密封不能很好地适应部分非正常操作工况的问题.
在A P I ６９２中也首次规定了工艺侧密封㊁
api设计级间迷宫密封和隔离密封间隙的最小流速.目前工程实践中，一般仅要求密封气供气系统按照最大间隙的２倍或３倍气耗量设计，并没有规定通过间隙的流速，这项要求也规范了不同制造厂的设密封技术㊀㊀㊀
石油化工设备技术,２０２０,４１(３) ４１
P e t r o ＧC h e m i c a l E q u i p m e n tT e c h n o l o g y
计原则.不同工况下干气密封内部间隙流速要求见表１.
㊀表１㊀不同工况下干气密封内部间隙流速要求
单位:
㊀㊀另外，在A P I６９２中首次提出了故障模式的系统性分析.６．９条中指出，如果有规定时，需要系统性地分析故障模式，以及针对这些失效模式是否已经考虑了适当的缓解措施.可以预见到，随着对设备安全㊁稳定运行的要求越来越高，以后可能会有更多的A P I规范中要求进行故障模式的系统性分析.
在这一部分中,A P I６９２还着重强调了所有串联的干气密封都需要配备密封气预处理模块，本文将在第三部分对此进行详细解读.
２㊀第二部分干气密封本体
A P I６９２的第二部分主要规定了干气密封本体的技术要求，也是首次在A P I规范中对干气密封本体的结构㊁材质作出了详细的规定.２．１㊀干气密封的分类
A P I６９２中干气密封的种类见表２.
A P I６９２将中于干气密封和轴承箱之间的隔离密封的种类见表３.
表２㊀干气密封种类
表
３㊀隔离密封种类
㊀㊀A P I６９２中工艺侧密封种类见表４.
虽然A P I６９２给出了很多种密封的结构组合，但同时也指出，如果用户没有特别指定，压缩机的干气密封应该选用串联式带中间迷宫密封，隔离密封采用非接触式的衬套密封，工艺侧密封选用迷宫密封.A P I６９２的默认推荐方案和目前工程实践中大部分的干气密封及部件选型是一致的.
表４㊀工艺侧密封种类
２４ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２０年㊀
２．２㊀干气密封面材质的选择
在A P I６９２第二部分的附录中，详细比较了不同的密封面材质特性，并给出了选用原则，这也是A P I系列规范首次涉及干气密封的密封面材质的问题.
干气密封不同的密封面材质组合见表５.
表５㊀干气密封不同的密封面材质组合
㊀㊀由A P I６９２附录H中密封面材质特性介绍以及密封面材料组合导则可以看出:
１)石墨静环润滑性较好㊁耐摩擦，可适应短时间轻度接触，在盘车和惰转时具有较好的性能，不易损坏，只是缩短密封使用寿命.但是纯石墨本身多孔易被渗透，一般需要进行浸树脂㊁锑㊁镍㊁铬ʌ５Ｇ６ɔ等处理，以取得良好的气密性，同时也能得到更好的机械性能或者化学性能.但是无论如何，石墨静环由于机械强度较低，在承受高压时易变形，一般用于中低压场合＜１２０ˑ１０５P a(绝)的情况.
碳化硅静环的强度很好，可以用在高压场合，但是碳化硅在承受间歇接触时易损坏(一般在盘车或者低速运行时).
现在新设计的密封可以在静环表面喷涂金刚石涂层ʌ７ɔ来改善摩擦性能.也有炼厂对在用干气密封进行过这种改造.
２)动环材料中，碳化钨在强度㊁韧性和刚度上都是比较好的，是最常用的动环材料，但是由于碳化钨密度较大，不太适合线速度较高的场合；碳化硅也是比较常用的动环材料，但碳化硅的综合机械性能略低；氮化硅的机械性能较好，可以应用在线速度很高的场合下；合金钢材料的刚度略低，一般应用在低压的场合.
A P I６９２也指出，对于同样的材料，不同制造厂都有各自特有的材料性能，因此A P I６９２中对于不同动㊁静环材质的介绍仅供参考，实际应用中都还是宜由制造厂按照内部标准来选择材料.例如，目前很多高压工况下静环材质仍然采用石墨ʌ８ɔ，也能长时间安全稳定运行.
３㊀第三部分干气密封系统
此部分主要对干气密封系统(干气密封盘站)的配置提出要求.这一部分涵盖了各种类型的干气密封系统，并且在附录中给出了干气密封系统的典型配置和可选配置，内容十分丰富.
在A P I６９２中，将干气密封系统中特定的组件定义为一个模块，整套干气密封系统就由各种模块组合而成.本文以最常用的带中间迷宫密封的串联密封系统为例，介绍A P I６９２对于干气密封系统的模块划分以及特殊要求(见表６).
主密封气供气系统由M o d u l eA㊁B㊁C㊁D组成.
M o d u l eA(模块A)为有替代气源的密封气源模块，有主密封气源和备用气源.目前实际工程实践中，不仅配有备用气源，备用气源上还有止回阀和电磁阀防止各路气源反串，并可实现在主密封气源压力不足时自动切换气源的功能，稳定性和复杂程度都高于A P I６９２模块A的配置.
M o d u l eB(模块B)为密封气处理模块.根据A P I６９２，串联式干气密封都需要配备密封气处理系统；如果单封㊁带压双封的密封气清洁程度和露点温度不能满足要求，也需要配备密封气处理系统.密封气处理系统通常包括冷却器㊁气液分离器㊁增压泵和加热器４部分.主要目的是将密封气(包括压缩机出口气和各种备用气源)冷却脱液后，再进行增压㊁加热，确保密封气足够清洁且至少高于露点温度２０ħ，以避免液体进入干气密封系统的可能.
３４
㊀第４１卷第３期徐上峰．浅析A P I６９２在石化离心压缩机干气密封工程设计中的应用
表６㊀干气密封系统模块分类
㊀㊀在目前的炼化行业工程实践中，一般不要求制造商提供完整的密封气处理系统，而是优先选择装置中可以提供的适宜的密封气源，如一些输送轻质气体的压缩机出口气㊁氮气㊁乙烯㊁氢气等，它们足够清洁且温度适宜，因此并不需冷却㊁加热和气液分离，仅有可能需要增压泵；只有采用介质成分较重或可能含液的气体做密封气时(如裂解气压缩机㊁富气压缩机和循环氢压缩机等)，一般会要求配备分液罐和伴热.历年的实践结果显示，由于大部分机组在设计时已经充分考虑密封气的条件，即便是没有配备密封气处理系统，炼化企业的干气密封系统也一直运转良好.
M o d u l eC(模块C)为双联过滤器模块.根据A P I６９２，主密封气需配备双联过滤器，过滤精度为１μm.双联过滤器的切换阀必须采用六通阀或者２个三通的恒流量切换阀进行切换.目前工程实践中有时候会采用单独的切断阀来切换双联过滤器，这在A P I６９２中是不允许的.
M o d u l eD(模块D)为密封气量控制模块，一共分为４种，分别为M o d u l e D T(流量控制)㊁M o d u l eD T１(压差控制)㊁M o d u l eD T２(孔板控制)㊁M o d u l eD T３[(驱动端和非驱动端)独立流量控制]和M o d u l eD T４(高火炬背压下的压差控制).密封气量控制模块中,M o d u l eD T和D T１是目前石化行业中常用的主密封气控制方案, M o d u l eD T４也经常在部分入口压力较低的压缩机(例如乙烯装置中的三机ʌ９ɔ或重整循环氢压缩机)中使用.另外，在A P I６９２中，不管采用哪一种流量控制模块，都需要在配置中提供密封气的压力变送器和进入每一个密封的流量变送器.
４４ 石㊀油㊀化㊀工㊀设㊀备㊀技㊀术２０２０年㊀
除了以上的模块外，还需要在接近干气密封
本体的主密封气管线上配备密封气温度变送器,
用于监控密封气温度以及控制密封气预处理系统M o d u l eB的加热器.这在目前工程实践中一般为选配项.
二级密封气供气系统由M o d u l eC双联过滤器模块和M o d u l eF二级密封气量控制模块组成.M o d u l eF为二级密封气压力控制，如果有指定，也可以选用M o d u l eF１(压差控制),M o d u l e F２(流量控制)或者M o d u l eF３[(驱动端和非驱动端)独立流量控制].这和目前石化行业的常用配置是一致的.另外，在A P I６９２中，不管采用哪一种流量器控制模块，都需要在M o u d u l eF配置中提供密封气的压力变送器和进入每一个密封的流量变送器，而目前工程实践中，有的提供流量变送器，有的则提供现场流量计，以检测二级密封气流量.
隔离气供气系统由M o d u l eC双联过滤器模块和M o d u l eM隔离气气量控制模块组成.A P I ６９２中允许M o d u l eC模块可以与二级密封供气系统中的M o d u l eC共用.M o d u l e M为隔离气压力控制，如果有特殊规定，也可以选用M o d u l e M１[(驱动端和非驱动端)独立流量控制],M o dＧu l eM２(压差控制)或者M o d u l e M３[(驱动端和非驱动端)独立压差控制].目前石化行业的常用配置是压力控制，且多数与二级密封气共用.
主密封气排火炬/排空系统由M o d u l eG㊁H㊁L㊁I㊁J㊁K组成.主密封气排火炬系统由M o d u l e G㊁H㊁L３(个模块组成).M o d u l eG为安全阀模块，为可选项，目前一般仅在压力较高的工况下使用;M o d u l e H为压力和流量监控模块，为必选项;M o d u l eL为背压控制模块，有３种选项，分别为M o d u l eL(背压调节阀和止回阀组合模块)，该选项为默认选项㊁M o d u l eL１(带弹簧的止回阀模块)和M o d u l eL２(孔板和止回阀组合模块)，目前实践中较少专门设置背压控制，只用测流量孔板代替背压控制.
二级密封气排空系统由M o d u l e I㊁J㊁K组成，这３种模块均为可选项，目前实践中一般二级密封气排空都不配备这几个模块，个别有配备温度变送器的情况.随着对于安全运行的要求越来越高，建议在以后实践中至少配备M o d u l e I模块，以真正确保带级间迷宫密封的串联密封无任何介质会泄漏至大气中.
排凝系统由M o d u l eN㊁O㊁P㊁Q㊁R组成，分别为干气密封的主密封腔(M o d u l eR)，主密封气放空腔(M o d u l eQ)㊁二级密封气腔(M o d u l eP)㊁二级密封气放空腔(M o d u l e O)和隔离气腔(M o d u l eN)排凝模块.这几个排凝模块在A P I 中都是强制要求的，目的就是在干气密封运行前确保干气密封内部没有任何液体的存在.但是目前石化行业中，除了M o d u l eN会配备，其他的排凝模块一般都不考虑设置，在做好管线吹扫和排凝的前提下，也能够实现干气密封及系统的长期稳定运行.
４㊀结语
本文详细介绍了A P I６９２规范中对干气密封及其系统的要求，并且比较了部分关键的技术要求与目前
工程实践的区别.整体上A P I６９２的要求更加细致和完善，很多要求和配置都在以往A P I规范中从未出现.目前石化行业中常见配置大部分与A P I６９２的要求一致，但是也有部分要求属于可选项，部分配置几乎从未采用过.如果以后在工程中要求严格执行A P I６９２规范，设计人员㊁制造厂和用户都需要逐步适应.
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㊀第４１卷第３期徐上峰．浅析A P I６９２在石化离心压缩机干气密封工程设计中的应用

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