Surpresseurs et réchauffeurs de gaz d'étanchéité dans les systèmes de support d'étanchéité à gaz sec

Par Sourav Majumdar et Neetin Ghaisas27 janvier 2023

Les joints pour gaz secs constituent une solution d'étanchéité standard efficace, fiable et robuste pour les compresseurs dans tous les types de processus utilisés dans les industries pétrochimiques, du gaz naturel et du pétrole. Ils nécessitent un approvisionnement continu ou ininterrompu de gaz d'étanchéité propre et sec au spectre de débit et de pression prévu pour garantir que les faces d'étanchéité se soulèvent à des niveaux optimaux pour les meilleures performances possibles. Les garnitures d'étanchéité à gaz sec, sous pression et non pressurisées, utilisent du « gaz d'étanchéité » propre en amont de la garniture d'étanchéité à gaz sec pour établir une barrière contre le flux de processus potentiellement contaminé.

Cet article présente un aperçu qualitatif de la gestion du point de rosée et des systèmes de surpression des gaz d'étanchéité qui font partie intégrante de la fiabilité des garnitures d'étanchéité à gaz secs. La discussion se concentre sur les joints d'étanchéité à gaz secs dans les compresseurs centrifuges et à engrenages intégrés ; cependant, les principes décrits s'appliquent également aux compresseurs rotatifs de type volumétrique.

Dans des conditions de fonctionnement normales, les compresseurs peuvent fournir une alimentation continue en gaz d'étanchéité à partir d'un niveau de pression plus élevé dans le compresseur, généralement à partir de la buse de refoulement finale du compresseur. Les systèmes de conditionnement de gaz sec reçoivent ce gaz, le filtrent, le conditionnent et l'alimentent en joints de gaz secs.

Cependant, pendant les périodes de démarrage, de pressurisation, de recyclage, d'arrêt et d'arrêt, la pression différentielle à travers le compresseur chute, interrompant le flux de gaz d'étanchéité. Lorsque cela se produit, cela peut conduire à une migration de gaz de procédé impurs avec pour conséquence une contamination et une dégradation des performances du joint, ce qui entraîne collectivement des conditions de fonctionnement dangereuses, des temps d'arrêt de la machine et d'éventuels coûts de maintenance plus élevés.

La figure 1 montre une vue en coupe d'un joint à gaz sec tandem typique avec labyrinthe intermédiaire et la figure 2 représente des profils d'écoulement typiques avec et sans augmentation de pression du gaz d'étanchéité lors du démarrage d'un compresseur centrifuge.

Lorsqu'un compresseur centrifuge fonctionne en régime permanent et développe une pression différentielle, du gaz d'étanchéité propre et sec est généralement fourni depuis sa buse de décharge finale vers le système de gaz d'étanchéité, puis vers les joints d'étanchéité à gaz secs d'extrémité d'arbre. La figure 3 représente une performance estimée d'un surpresseur de gaz d'étanchéité à une pression d'entrée de 725 psig d'un compresseur centrifuge de pipeline.

La pression différentielle à travers le compresseur centrifuge est trop faible pour fournir le débit de gaz d'étanchéité requis dans des conditions de recyclage, de pressurisation, de démarrage et d'arrêt (arrêt) sous pression. Dans ces situations, le flux de gaz d'étanchéité vers les joints d'étanchéité à gaz secs est perdu et une migration de gaz de traitement vers la cavité du joint d'étanchéité à gaz sec via le labyrinthe de processus se produit. Les figures 4 et 5 montrent la contamination de l'environnement du joint d'étanchéité à gaz sec en mode recyclage et à l'arrêt sous pression, provoquée par le flux inverse du gaz de traitement dans la cavité du joint.

Dans l'exemple illustré à la figure 6 pour un compresseur avec une pression d'entrée de 1 450 psig, le débit de gaz d'étanchéité estimé de 3,5 pieds cubes par minute (cfm) à une pression différentielle de 56 psid est réalisable à la vitesse de fonctionnement de 3 500 tr/min pour éviter la contamination dans la cavité du gaz d'étanchéité. .

Les surpresseurs de gaz de phoque modernes sont disponibles en deux types : pneumatiques et moteurs électriques à fréquence réglable entraînés avec une puissance nominale habituelle comprise entre 7,5 chevaux et 25 chevaux. Ils fournissent du gaz d'étanchéité pendant les périodes de faible pression différentielle disponible et contribuent à assurer une protection sous pression des joints à gaz sec sur toute la plage de fonctionnement du compresseur sur sa carte de performances. La différence entre la pression d'alimentation en gaz de joint et la pression scellée doit être d'au moins 50 psi pour éviter la contamination primaire du joint. Le rapport de surpression des surpresseurs pneumatiques varie de 1,2 à 2 sur la base d'une plage de pressions de service maximales autorisées de 3 000 psi à 6 000 psi. Les cadences maximales correspondantes des surpresseurs pneumatiques sont de 100 cycles par minute jusqu'à 60 cycles par minute. Ces valeurs sont typiques et peuvent varier selon les différents modèles et fabricants.