掺氢天然气干气密封启动特性研究

摘要

为评估天然气掺氢对管线压缩机轴端干气密封性能的影响，提出一种考虑阻塞效应的干气密封性能数值预测模型，分析了不同掺氢比下干气密封的静态特性和启动特性。首先，采用空气介质螺旋槽干气密封的气膜压力分布和开启力实验数据，验证了数值模型的可靠性；然后，针对GE PCL800机型天然气管线压缩机螺旋槽干气密封，分析了4种掺氢比（H₂体积分数分别为0、10%、20%、30%）和5种进口压力（4、6、8、10、12 MPa）对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等静态特性的影响规律；最后，分析了4种掺氢比和5种进口压力下，转速、进口压力、平衡比和弹簧比压对干气密封启动特性的影响规律。研究结果表明：所提出的干气密封性能数值预测模型能够可靠预测高压差下干气密封出口阻塞效应及其对密封性能的影响；掺氢比对干气密封开启力、泄漏量和气膜刚度等密封静态特性影响较小；干气密封开启临界转速随掺氢比的增加而增大（掺氢比增加30%时，开启临界转速增大8.51%～16.90%）,因此天然气掺氢增大了干气密封的开启难度，需设计合适的平衡比和弹簧比压以保证干气密封顺利开启。该研究结果可为掺氢条件下天然气管线压缩机轴端干气密封的高效设计和可靠运行提供理论参考。

关键词

干气密封 / 掺氢天然气 / 阻塞效应 / 启动特性

基金资助

国家自然科学基金资助项目(52176042)