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May 30, 2023

乾式ガスシールサポートシステムのシールガスブースターとヒーター

Di Sourav Majumdar e Neetin Ghaisas 27 gennaio 2023 Tenute di gas secco

Sourav Majumdar および Neetin Ghaisas 著 2023 年 1 月 27 日

ドライガスシールは、石油化学、天然ガス、石油産業で使用されるあらゆる種類のプロセスのコンプレッサーに、効果的で信頼性が高く、堅牢な標準シーリングソリューションを提供します。 達成可能な最高の性能を得るためにシール面が最適なレベルでリフトオフすることを保証するには、設計流量と圧力スペクトルで清浄で乾燥したシールガスを継続的または中断なく供給する必要があります。 加圧および非加圧の両方のドライ ガス シールは、ドライ ガス シールの上流で清浄な「シール ガス」を利用して、汚染された可能性のあるプロセス ストリームに対するバリアを確立します。

この文書では、ドライガスシールの信頼性に不可欠な露点管理とシールガス昇圧システムの定性的な概要を示します。 議論の焦点は、遠心式および一体ギア式コンプレッサーのドライガスシールにあります。 ただし、概要を説明した原理は容積式ロータリー コンプレッサーにも適用できます。

通常の動作条件下では、コンプレッサーは、コンプレッサー内の高圧レベルから、通常はコンプレッサーの最終吐出ノズルからシールガスを連続的に供給できます。 乾式ガス調整システムは、このガスを受け取り、濾過して調整し、乾式ガス シールに供給します。

ただし、始動、加圧、リサイクル、停止および停止期間中には、コンプレッサー間の差圧が低下し、シールガスの流れが遮断されます。 これが発生すると、不純なプロセスガスが移動して汚染が生じ、シールの性能が低下する可能性があり、これらが総合的に危険な動作条件、機械のダウンタイム、さらにはメンテナンスコストの上昇を引き起こす可能性があります。

図 1 は、中間ラビリンスを備えた典型的なタンデム ドライ ガス シールの断面図を示し、図 2 は、遠心圧縮機の始動時にシール ガスの圧力ブーストを行った場合と行わない場合の典型的な流れプロファイルを示しています。

遠心圧縮機が定常状態で動作し、圧力差が生じると、通常、清浄で乾燥したシールガスが最終吐出ノズルからシールガスシステムに供給され、さらにシャフト端の乾燥ガスシールに供給されます。 図 3 は、パイプライン遠心圧縮機の入口圧力 725 psig におけるシール ガス ブースターの推定性能を表しています。

遠心圧縮機全体の差圧が低すぎるため、リサイクル、加圧、始動、および加圧停止 (停止) 条件で必要なシールガス流量を提供できません。 このような状況では、乾燥ガス シールへのシール ガスの流れが失われ、プロセス ラビリンスを介して乾燥ガス シール キャビティへのプロセス ガスの移動が発生します。 図 4 と 5 は、シール キャビティへのプロセス ガスの逆流によって引き起こされる、リサイクル モードおよび加圧停止時のドライ ガス シール環境の汚染を示しています。

図 6 に示す入口圧力 1450 psig のコンプレッサーの例では、シール ガス キャビティ内の汚染を避けるため、差圧 56 psid での推定シール ガス流量 3.5 立方フィート/分 (cfm) が動作速度 3500 rpm で達成可能です。 。

最新のシールガスブースターには、空気圧式と、通常の定格 7.5 馬力から 25 馬力で駆動される周波数調整可能な電気モーターの 2 つのタイプがあります。 これらは、利用可能な差圧が低いときにシールガスを供給し、性能マップ上のコンプレッサーの動作範囲全体にわたってドライガスシールの加圧保護を達成するのに役立ちます。 一次シールの汚染を避けるために、シールガス供給圧力とシール圧力の差は少なくとも 50 psi である必要があります。 空気圧ブースターの増圧比は、3000 psi ～ 6000 psi の最大許容作動圧力範囲に基づいて 1.2 ～ 2 まで変化します。 空気圧ブースターの対応する最大サイクル速度は、1 分あたり 100 サイクルから、1 分あたり最低 60 サイクルです。 これらの値は一般的なものであり、モデルやメーカーによって異なる場合があります。

シールガスブースターは、新しい設備におけるシールガス処理システムの不可欠な部分となっています。 また、古いシールガス調整およびサポートシステムのアップグレードが検討される可能性がある、信頼性を重視した炭化水素および天然ガス処理プラントに魅力的な改修の可能性を提供します。 図 7 は、電動モーター駆動の垂直ブースターの断面図を示しています。 温度測定センサーに注目してください。 格納容器に設けられた送信機または送信機を備えた RTD センサー。 通常、内側と外側の磁石リングの間、または駆動磁石とケーシング カバーの間に取り付けられます。 シールガスブースターの概略図を図 8 に示します。

一次シール領域に入るシールガスは、清浄で乾燥している必要があります。 API 692、第 1 版では、シールガスフィルターの除去効率が 99.9 % である球形粒子サイズが 1 μm であると規定しています。 シールガスの品質に加えて、結露、シール圧力の損失、その後のシールキャビティへのプロセスガスの移動を避けるために、ドライガスシールシステム全体にわたって少なくとも 35 °F (20 °C) の露点マージン (過熱度) が不可欠です。そして汚染。 このマージンを確認するには、一次シールガス供給点から一次ベントまでのドライガスシールシステムの位相マップコンピュータシミュレーションを実行して、シールガスが凝縮する可能性を評価する必要があります。 シールガスの温度は、シールガスの供給源ではなく、シールガスがシールに入る時点で測定する必要があります。 図 9 は、いくつかの位相マップ曲線を示しています。

このシールガスの品質を達成するには、多くの場合、シールガス処理システムを全体的な乾燥ガス制御システムと統合することが必要になります。 シールガス調整ハードウェアは、清潔で乾燥したシールガスを提供するユニットで構成されます。 乾燥シールガスを供給するために、冷却器、湿式ガスプレフィルター、および必要に応じてシールガスヒーターが使用されます。 湿式ガスデミスターとデュアルフィルターがシールガスを浄化します。

直下式シールガスヒーターは、電気浸漬加熱コイルを使用しています。 間接タイプは、電気加熱要素を備えた鋳造アルミニウムシェルに包まれたスパイラルコイル内にオイル浸漬加熱コイルまたは加圧シールガスが含まれています。 この配置は、コンプレッサーからのシールガスが高温またはより高い露点にある用途に有利です。 アルミニウムは発熱体からシールガスに熱を伝達する役割を果たし、発熱体とシールガス間の直接接触を避けます。 乾燥ガスシール露点管理システムと統合されたシールガスヒーターを図 10 に示します。

Neetin Ghaisas は、Fluor の回転装置のシニアフェローです。 彼はターボ機械分野で数年の経験があり、仕様の開発と選択、トラブルシューティング、回転機械のレビュー、回転機器の振動解析の専門知識を持っています。 Fluor に入社する前は、サウジアラビアのジュバイルにある Petrokemya (SABIC 関連会社) で機械信頼性エンジニアとして働いていました。 ニーティン・ガイサスは MEng を保持しています。 ボンベイ大学で学位を取得しており、カナダのアルバータ州とブリティッシュコロンビア州に登録されたプロフェッショナルエンジニアです。 彼は長年にわたり API 標準およびプロセス産業慣行の開発に貢献し、現在は米国石油協会 (API) で API 612 標準の会長、API 672 標準の会長、および機械装置分科会のメンバーとしての役職を務めています。 彼は、米国機械技術者協会 (ASME) の会員でもあり、プロセス産業実践 (PIP) の機械機能チームのメンバーでもあります。 ガイサス氏は、主要な国際雑誌に掲載されているいくつかの論文を執筆および共著しています。 彼は機械のモジュール化に関する米国特許を取得しています。

Sourav Majumdar は、カナダ アルバータ州カルガリーにある Flowserve Corporation の南北アメリカ担当コンプレッサー テクニカル セールス マネージャーです。 マジュムダル氏は、コンプレッサーとポンプに特化した回転機器の分野で 30 年の専門的経歴を持ち、豊富な経験を持っています。 彼の専門知識は、コンプレッサーのドライガスシール、シールサポートシステム、およびシールガスブースターを含むシールガス調整システムです。 マジュムダル氏は、世界中のいくつかのエンドユーザーおよびエンジニアリング組織と協力して、コンプレッサー/ポンプ用の適切なドライガス/メカニカルシールとシステムの選択、そのような機器の仕様の構築とトラブルシューティングを支援してきました。 彼はバラナシのインド工科大学 BHU で機械工学の学位を取得し、英国のレスター大学で経営管理修士号 (MBA) を取得しています。

Flowserve Corporation は、この章に含まれるすべての写真をご提供いただきました。 この資料は、著者の論文「遠心圧縮機用の乾式ガスシールシステム」 - Neetin Ghaisas、sourav Majumdar、CompressorTECH² マガジン (2017 年 6 月) から採用されています。

[1] Flowserve Corporation – ドライガスシールカタログ (各種)。

[2] API 692、第 1 版 – アキシャル、遠心、ロータリー スクリュー コンプレッサーおよびエキスパンダー用の乾式ガス シーリング システム