シールガスブースターの不要化

2023 年 5 月 30 日

漏れのないプロセスサイドシールの信頼性を詳しく見る

石油、ガス、その他のプロセス産業における遠心圧縮機のエンドユーザーは、漏洩排出量、コスト、不必要なダウンタイムを削減する必要性の増大に直面しています。 ドライガスシール (DGS) システムの出現は、高い漏れ率、信頼性の低下、高い OPEX など、ウェットシールで頻繁に遭遇する問題の多くに対処し、これらの目標を達成する取り組みにおいて重要な役割を果たしました。 しかし、コンプレッサー、特にシールガスブースターコンプレッサーを使用するユニットの動作をさらに改善する機会は存在しており、これはメンテナンスと OPEX の重要な源となる可能性があります。

シーメンス・エナジーは、低速時または加圧スタンバイ状態でコンプレッサーが停止したときにプロセスガスの汚染から DGS を保護することで、オペレーターがシールガスブースターの必要性を排除できるシール機構を開発しました。 この記事では、シールの設計と機能の概要を説明し、シールが有益となるコンプレッサーの用途について説明します。

最新の遠心コンプレッサーのほとんどには、シャフトエンドシール用の DGS が装備されています。 近年、ウェットシールを備えた多くの従来型コンプレッサーにも DGS システムが改造されています。 天然ガス圧縮機用途で最も広く使用されているタイプの DGS は「タンデム」設計で、2 つの面シール (一次および二次) が圧縮機シャフトの端に取り付けられています。 コンプレッサーの動作中、プライマリシールは圧力差を吸収します。 二次シールは、一次シールが故障した場合のバックアップとして機能します。

DGS は 2 つの嵌合リング (1 つは回転、もう 1 つは固定) で構成されます。 コンプレッサーが停止しているとき、リングはスプリングと静圧分布によって密着した状態に保たれます。 コンプレッサーが作動しているときは、流体力によって固定リングがスプリングに抗して保持されます。 これにより、シール面の間に数マイクロメートルの作動ギャップが生じます。 この設計では漏れ率が非常に低く抑えられていますが、その結果、DGS が確実に動作するには清浄で乾燥したガスの供給が必要です。

通常、このガスはコンプレッサーの吐出口から採取されます。 ガスは濾過および調整されて不純物が除去され、DGS とプロセス側ラビリンス (PSL) の間に注入されます。 この流れはバッファー (つまり、膜) として機能し、DGS をプロセスガスの侵入から保護します。

コンプレッサーが高速で回転しているとき、吐出口は乾燥ガスシールパネル上の調整および濾過システムを通るシールガスの流れを駆動するのに十分な圧力を提供し、DGS にクリーンなシールガス源を提供します。 ただし、回転速度が遅い場合 (通常は起動中および/または停止中)、ガス シール パネルを通過するシール ガスの流れを駆動するのに十分な圧力が存在せず、未処理のプロセス ガスがシール ギャップに流入する可能性があります。 これにより、シールの劣化などのいくつかの費用のかかる問題が発生する可能性があり、その結果、平均故障間隔 (MTBF) が短くなり、ダウンタイムが増加し、DGS の交換が必要な場合にはコストが増加する可能性があります。

始動中またはコンプレッサーのトリップ/アップセットの場合に DGS を保護するために、ほとんどのオペレーターは、ガス調整スキッドまたはシールガスパネルに空気駆動のシールガスブースター (場合によってはヒーター) を取り付けます。 シールガスブースターは、シールガスの差圧が一定レベルを下回ると自動的に起動するようにプログラムされており、DGS の信頼性の高い動作が保証されます。

市場の大部分を占めるレシプロブースタの場合、オペレータは、プライマリブースタが故障した場合に備えてスタンバイ状態にある 2 番目のコンプレッサを設置することを選択することがあります。 往復ブースターは本質的に運用コストが高く、エンドユーザーからはコンプレッサー パッケージの最も問題のあるコンポーネントの 1 つとして挙げられることがよくあります。

近年、ますます多くのオペレータがレシプロユニットから信頼性の高い電動モータ駆動（回転）シールガスブースタを選択し始めています。 ただし、CAPEX が高いという欠点があり、低圧力ではヘッド容量が低いため、すべてのシナリオに適用できるわけではありません。 また、多くの場合、特に残存耐用年数が限られている従来のユニットのオペレーターにとって、ブースターの初期費用を正当化するのは困難です。 さらに、信頼できる電力供給がない遠隔地では実現できない場合があります。

DGS ブースター コンプレッサーで頻繁に発生する問題に対処するために、シーメンス エナジーは、DGS と PSL の間に位置するポリテトラフルオロエチレン (PTFE) 製の独自のシール設計を開発しました。 リークタイトシールはブースターの代替として機能し、DGS を備えたほとんどの新しいコンプレッサーパッケージの一部として取り付けることができます。 既存のユニットに後付けすることもできるため、信頼性の向上を求めるユーザーにアップグレードのオプションを提供します。

図 1. シーメンス エナジー DGS システムと組み合わせた気密シール

通常のコンプレッサー動作中、DGS が吐出口からのシールガスフローバッファーによってプロセスガスの侵入から保護されているとき、リークタイトシールは開いており、高速回転による摩耗を受けません。 この位置は、セグメント化されたリングを介してリップを作動させる遠心力によって維持されます。 コンプレッサーの速度が低下するか、ユニットが停止すると（つまり、吐出流量がプロセスガスの侵入を防ぐのに不十分な場合）、遠心力が減少し、シャフトの周りのシールが閉じてプロセス側からの DGS の汚染を防ぎます。 。

リークタイトシールがシャフト上で閉じると、プライマリシールから漏れる流れがシールガスパネルを通過した後に強制的にシール領域に流入するため、DGS は清浄な乾燥プロセスガスのみにさらされます。

図2:

リークタイトシールには、シールガスブースターコンプレッサーと比較して、次のようないくつかの利点があります。

往復シール ガス ブースターと比較して信頼性の向上 – 往復シール ガス ブースター コンプレッサーは、遠心コンプレッサーのエンドユーザーにとって頭痛の種となることがよくあります。 リークタイトシールにより、ブースターコンプレッサーが不要になるため、OPEX とダウンタイムが削減され、必要なコンポーネントと接続の数が減ってシステムが簡素化されます。 これにより、漏れのリスクが軽減され、システム全体の信頼性が向上します。 また、シールガスブースターの監視とメンテナンスの必要性がなくなるため、メンテナンスの必要性も軽減されます（静的段階で漏れのないシールの状態が監視されます）。 これらの利点は、往復ブースターに問題を抱えているオペレーター、または現在ブースターを設置していないオペレーターに特に当てはまります。

コストの削減 – リークタイトシールの信頼性は遠心ブースターコンプレッサーと同等ですが、設備投資ははるかに低くなります。 コストはアプリケーションの要件によって異なりますが、2 つのガスシールに流れを供給する典型的な電動遠心ブースター システムのコストは約 150,000 ～ 400,000 米ドルになります。 比較すると、2 つのリークタイト シールとオプションのモニタリングの価格は、乾燥ガス シール パネルへの適応コストとともに 40,000 ～ 60,000 米ドルになります (Siemens Energy DGS に追加した場合)。 シールは現場に直接発送でき、DGS の設置とほぼ同じ方法でオペレーターが設置できます。

排出量の削減 - 電動ブースター コンプレッサーの代わりにリークタイト シールを使用することにより、全体的な電力消費と、コンプレッサー パッケージからの関連する排出量が削減されます。

パッケージの設置面積が小さくなる可能性 – 多くの場合、シール ガス ブースターは、ガス シール パネルとは別個のプレコンディショニング スキッドの一部として取り付けられます。 漏れ防止シールを取り付けると、このスキッドが解消され、パッケージ全体の設置面積が削減される可能性があります。

ガスシールパネル、特にブースターコンプレッサーは、コンプレッサーパッケージの中で最も故障しやすいコンポーネントの 1 つとしてオペレーターによって何度も言及されています。 Siemens Energy のリークタイト シールは、従来のシール ガス ブースターの低コストの代替品として設置でき、そうすることでシステム設計を簡素化し、全体的な信頼性を向上させる手段を提供します。 汚染に対する保護層を追加することで、石油およびガス用途の DGS システムに有益な追加機能を提供し、ダウンタイムのリスクと、メンテナンスや生産損失による関連費用を削減します。