干氣密封工作原理

1、1 干氣密封工作原理 典型的干氣密封結(jié)構(gòu)如圖1 所示，由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈、彈簧座和軸套組成。圖 2 為干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖，旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面經(jīng)過研磨、拋光處理，并在其上面加工出有特殊作用的流體動壓槽。 干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時，密封氣體被吸入動壓槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動。由于密封堰的節(jié)流作用，進入密封面的氣體被壓縮，氣體壓力升高。在該壓力作用下，密封面被推開，流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜，此氣膜厚度一般在3m左右。氣體動力學(xué)研究表明，當干氣密封兩端面間的間隙在23m時，通過間隙的氣體流動層最為穩(wěn)定。 這也就是為什么干氣密封氣膜厚度設(shè)計值選定在23m的主要原因

2、。當氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時，該氣膜厚度十分穩(wěn)定。正常條件下，作用在密封面上的閉合力（彈簧力和介質(zhì)力）等于開啟力（氣膜反力），密封工作在設(shè)計工作間隙。當受到外部干擾，氣膜厚度減小，則氣膜反力增加，開啟力大于閉合力，迫使密封工作間隙增大，恢復(fù)到正常值。 相反，若密封氣膜厚度增大，則氣膜反力減小，閉合力大于開啟力，密封面合攏恢復(fù)到正常值。因此，只要在設(shè)計范圍內(nèi)，當外部干擾消失以后，氣膜厚度就可以恢復(fù)到設(shè)計值。衡量密封穩(wěn)定性的主要指標就是密封產(chǎn)生氣膜剛度的大小，氣膜剛度是氣膜作用力的變化與氣膜厚度的變化之比，氣膜剛度越大，表明密封的抗干擾能力越強，密封運行越穩(wěn)定。干氣密封的設(shè)計

3、就是以獲得最大的氣膜剛度為目標。 干氣密封是采用機械密封和氣體密封的結(jié)合，是一種非接觸端部密封，它是在機械密封的動環(huán)或靜環(huán)（一般在動環(huán)上）的密封面上開有密封槽（本密封為T形槽），當動靜環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時，在兩端面間形成一層氣膜，在氣體泵送效應(yīng)產(chǎn)生的推力作用下把動靜環(huán)推開，使兩密封端面不接觸，但在壓縮機剛開機階段，由于轉(zhuǎn)速較低，動靜密封面形成的動壓力也較低，動靜環(huán)是接觸摩擦的，所以采用干氣密封的壓縮機，低速運行時間不宜過長1。本裝置雙向串聯(lián)干氣密封特點：密封型式為雙向串聯(lián)干氣密封；密封槽為T形槽，見圖3；旋轉(zhuǎn)環(huán)材料為碳化硅；靜環(huán)為涂DLC工業(yè)金剛石碳化硅；輔助密封元件采用填充PTFE，彈簧（ALLOY

4、C40）加載。采用T形槽密封端面，可以避免壓縮機正反轉(zhuǎn)造成密封損壞或減少使用壽命。 干氣密封的密封氣采用差壓控制，利用啟動薄膜式調(diào)節(jié)閥使平衡管氣與密封氣保持一定壓差，隔離氣和級間密封氣分別利用自力式調(diào)節(jié)閥保持壓力恒定。 裝置開工和停車時，壓縮機出入口壓力相等，此時增壓泵啟動，保證密封氣壓力比平衡管氣壓力高0.30.4MPa（G）,增壓泵驅(qū)動氣源工業(yè)風(fēng)為0.350.4 MPa（G），密封氣密封室壓力比一級排氣壓力高0.03 MPa以上，級間密封比二級排氣壓力高0.03 MPa以上。2 影響干氣密封性能的主要參數(shù)將影響干氣密封性能的參數(shù)分為密封端面結(jié)構(gòu)參數(shù)和密封操作參數(shù)。端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封的穩(wěn)定性

5、影響較大，操作參數(shù)對密封的泄漏量影響較大。2.1 密封端面結(jié)構(gòu)參數(shù)對氣膜剛度的影響2.1.1 干氣密封動壓槽形狀從流體動力學(xué)角度來講，在干氣密封端面開任何形狀的溝槽，都能產(chǎn)生動壓效應(yīng)。理論研究表明，螺旋槽產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)最強，用其作為干氣密封動壓槽而形成的氣膜剛度最大，即干氣密封的穩(wěn)定性最好。2.1.2 干氣密封動壓槽深度理論研究表明，干氣密封流體動壓槽深度與氣膜厚度為同一量級時，密封的氣膜剛度最大。實際應(yīng)用中， 干氣密封的動壓槽深度一般在310m。在其余參數(shù)確定的情況下，動壓槽深度有一最佳值。 2.1.3 干氣密封動壓槽數(shù)量、動壓槽寬度和動壓槽長度理論研究表明，干氣密封動壓槽數(shù)量趨于無限時

6、，動壓效應(yīng)最強。不過在實際應(yīng)用中，當動壓槽達到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，干氣密封動壓槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。2.2 操作參數(shù)對密封泄漏量的影響2.2.1 密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響。密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量就越大。2.2.2 密封介質(zhì)壓力對泄漏量的影響。在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。2.2.3 介質(zhì)溫度、介質(zhì)粘度對泄漏量的影響。介質(zhì)溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，其對密

7、封泄漏量的影響不是很大。3 干氣密封的控制系統(tǒng)3.1 主要控制流程3.1.1 主密封氣控制流程從壓縮機出口來的密封氣，首先經(jīng)過除霧器V-3840除霧，然后進入密封氣過濾器（精度3m）FL-3841A/B進行過濾。如果密封氣的壓力與平衡管壓力差低于0.345MPa（G）(設(shè)定值),則增壓泵B-3840自啟,給密封氣提壓。提壓后的密封氣進入儲液罐D(zhuǎn)-3840A/B進行氣液分離，再經(jīng)過過濾器（精度3m）FL-3842過濾后進入密封氣調(diào)節(jié)閥PDCV-3840。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進氣流量為1614-5663NL/min,密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥后分兩路并經(jīng)過流量孔板進入一級密封腔。然后泄漏氣經(jīng)一級密封氣泄漏線并經(jīng)過孔板F

8、E-3846/3847排入火炬。 3.1.2 輔助密封氣控制流程 |<< << < 1 2 3 4 > >> >>| 級間密封氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度1m）FL-3840A/B過濾后，級間密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)流量控制在65100NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3842/3843進入級間密封氣密封腔，級間密封起輔助密封作用。然后氮氣經(jīng)二級泄漏線進入火炬。需要注意的是：二級密封進氣流量應(yīng)略小于一級密封放入火炬的流量。 3.1.3 隔離密封控制流程 隔離氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度3m）FL-3840A

9、/B過濾后，經(jīng)隔離氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)量110174NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3844/3845進入隔離氣密封腔，隔離潤滑油。其中一部分經(jīng)過密封進入二級密封排氣腔；另一部分由端面進入軸承箱，高點放空。3.2 主要控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置主密封氣過濾器設(shè)有差壓變送器PDIT-3841，并設(shè)定壓力0.138MPa（G）的高報警值，當過濾器差壓變大時，必須切換進行清理或更換濾芯。主密封氣與平衡管設(shè)有差壓表PDIT-3840，當壓差小于0.345 MPa（G）時，增壓泵B-3840自啟，給主密封氣增壓，當差壓高于0.52 MPa（G）時，增壓泵B-3840自動關(guān)閉。增壓泵漏氣壓力PSA3

10、8420.1MPa（G）時高報警，PSA38420.14MPa（G）時停增壓泵。 主密封氣的流量表（標準狀態(tài)）FIT-3840、FIT-3841設(shè)有5663NL/min高報警、設(shè)有1614NL/min低報警，此時需要調(diào)節(jié)流量，泄漏氣和2通過迷宮密封釋放到火炬，流量計流量FA3846/3847164.2NL/min高報警；流量計流量FA3846/3847235NL/min停機。 級間密封氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)壓力，控制級間密封氣壓力0.0655 MPa（G）高報警，0.0193 MPa（G）低報警。 隔離氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)節(jié)壓力，隔離氣壓力PIA-384090k

11、Pa（G）低報警。隔離氣供氣流量表（標準狀態(tài)）FIT-3844、FIT-3845設(shè)有184NL/min高報警、設(shè)有99NL/min低報警。以上主要參數(shù)全部經(jīng)組態(tài)并入ESD系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對該密封系統(tǒng)進行監(jiān)控。3.3 幾點整改3.3.1 增壓泵驅(qū)動氣源由儀表風(fēng)改為氮氣，因為設(shè)計儀表風(fēng)從管網(wǎng)引來，沒有經(jīng)過過濾和緩沖罐，壓力可能會有波動或帶液，不利于密封系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以經(jīng)研究決定改為氮氣，并經(jīng)氮氣過濾器過濾后進入密封腔，此氮氣是從穩(wěn)壓氮氣管網(wǎng)引出，這樣既保證了驅(qū)動氣源清潔度又保證了氣源的穩(wěn)定性。3.3.2 對所有密封輔助系統(tǒng)工藝管線增加了電伴熱線，有效防止了密封氣中大分子量氣在低溫下凝液造成損壞密封的

12、后果。3.3.3 改造密封氣放空系統(tǒng)，原設(shè)計排氣到火炬，由于火炬有時候有背壓，給排出氣體造成一定的堵塞，改造后，把氣體直接排向大氣該文章講述了干氣密封技術(shù)在離心壓縮機中的應(yīng)用. 干氣密封的動壓槽深度一般在310m。在其余參數(shù)確定的情況下，動壓槽深度有一最佳值。 2.1.3 干氣密封動壓槽數(shù)量、動壓槽寬度和動壓槽長度理論研究表明，干氣密封動壓槽數(shù)量趨于無限時，動壓效應(yīng)最強。不過在實際應(yīng)用中，當動壓槽達到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，干氣密封動壓槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。 2.2 操作參數(shù)對密封泄漏量的影響 2.2.1 密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響。

13、密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量就越大。 2.2.2 密封介質(zhì)壓力對泄漏量的影響。在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。 2.2.3 介質(zhì)溫度、介質(zhì)粘度對泄漏量的影響。介質(zhì)溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，其對密封泄漏量的影響不是很大。 3 干氣密封的控制系統(tǒng) 3.1 主要控制流程 3.1.1 主密封氣控制流程 從壓縮機出口來的密封氣，首先經(jīng)過除霧器V-3840除霧，然后進入密封氣過濾器（精度3m）FL-3841A/B進行過濾。如果密封氣的壓

14、力與平衡管壓力差低于0.345MPa（G）(設(shè)定值),則增壓泵B-3840自啟,給密封氣提壓。提壓后的密封氣進入儲液罐D(zhuǎn)-3840A/B進行氣液分離，再經(jīng)過過濾器（精度3m）FL-3842過濾后進入密封氣調(diào)節(jié)閥PDCV-3840。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進氣流量為1614-5663NL/min,密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥后分兩路并經(jīng)過流量孔板進入一級密封腔。然后泄漏氣經(jīng)一級密封氣泄漏線并經(jīng)過孔板FE-3846/3847排入火炬。 3.1.2 輔助密封氣控制流程 |<< << < 1 2 3 4 > >> >>| 級間密封氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度1m）

15、FL-3840A/B過濾后，級間密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)流量控制在65100NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3842/3843進入級間密封氣密封腔，級間密封起輔助密封作用。然后氮氣經(jīng)二級泄漏線進入火炬。需要注意的是：二級密封進氣流量應(yīng)略小于一級密封放入火炬的流量。 3.1.3 隔離密封控制流程 隔離氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度3m）FL-3840A/B過濾后，經(jīng)隔離氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)量110174NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3844/3845進入隔離氣密封腔，隔離潤滑油。其中一部分經(jīng)過密封進入二級密封排氣腔；另一部分由端面進入軸承箱，高點放空。 3

16、.2 主要控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 主密封氣過濾器設(shè)有差壓變送器PDIT-3841，并設(shè)定壓力0.138MPa（G）的高報警值，當過濾器差壓變大時，必須切換進行清理或更換濾芯。主密封氣與平衡管設(shè)有差壓表PDIT-3840，當壓差小于0.345 MPa（G）時，增壓泵B-3840自啟，給主密封氣增壓，當差壓高于0.52 MPa（G）時，增壓泵B-3840自動關(guān)閉。增壓泵漏氣壓力PSA38420.1MPa（G）時高報警，PSA38420.14MPa（G）時停增壓泵。 主密封氣的流量表（標準狀態(tài)）FIT-3840、FIT-3841設(shè)有5663NL/min高報警、設(shè)有1614NL/min低報警，此時需要調(diào)節(jié)流

17、量，泄漏氣和2通過迷宮密封釋放到火炬，流量計流量FA3846/3847164.2NL/min高報警；流量計流量FA3846/3847235NL/min停機。 級間密封氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)壓力，控制級間密封氣壓力0.0655 MPa（G）高報警，0.0193 MPa（G）低報警。 隔離氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)節(jié)壓力，隔離氣壓力PIA-384090kPa（G）低報警。隔離氣供氣流量表（標準狀態(tài)）FIT-3844、FIT-3845設(shè)有184NL/min高報警、設(shè)有99NL/min低報警。 以上主要參數(shù)全部經(jīng)組態(tài)并入ESD系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對該密封系統(tǒng)進行監(jiān)控。 3.3 幾點

18、整改 3.3.1 增壓泵驅(qū)動氣源由儀表風(fēng)改為氮氣，因為設(shè)計儀表風(fēng)從管網(wǎng)引來，沒有經(jīng)過過濾和緩沖罐，壓力可能會有波動或帶液，不利于密封系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以經(jīng)研究決定改為氮氣，并經(jīng)氮氣過濾器過濾后進入密封腔，此氮氣是從穩(wěn)壓氮氣管網(wǎng)引出，這樣既保證了驅(qū)動氣源清潔度又保證了氣源的穩(wěn)定性。 3.3.2 對所有密封輔助系統(tǒng)工藝管線增加了電伴熱線，有效防止了密封氣中大分子量氣在低溫下凝液造成損壞密封的后果。 3.3.3 改造密封氣放空系統(tǒng)，原設(shè)計排氣到火炬，由于火炬有時候有背壓，給排出氣體造成一定的堵塞，改造后，把氣體直接排向大氣該文章講述了干氣密封技術(shù)在離心壓縮機中的應(yīng)用. 干氣密封的動壓槽深度一般在310m

19、。在其余參數(shù)確定的情況下，動壓槽深度有一最佳值。 2.1.3 干 氣密封動壓槽數(shù)量、動壓槽寬度和動壓槽長度 理論研究表明，干氣密封動壓槽數(shù)量趨于無限時，動壓效應(yīng)最強。不過在實際應(yīng)用中，當動壓槽達到一定數(shù)量后，再增加槽數(shù)時，對干氣密封性能影響已經(jīng)很小。此外，干氣密封動壓槽寬度、動壓槽長度對密封性能都有一定的影響。 2.2 操作參數(shù)對密封泄漏量的影響 2.2.1 密封直徑、轉(zhuǎn)速對泄漏量的影響。密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，密封環(huán)線速度越大，干氣密封的泄漏量就越大。 2.2.2 密封介質(zhì)壓力對泄漏量的影響。在密封工作間隙一定的情況下，密封氣壓力越高，氣體泄漏量越大。 2.2.3 介質(zhì)溫度、介質(zhì)粘度對泄漏量

20、的影響。介質(zhì)溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質(zhì)粘度有影響而造成的。介質(zhì)粘度增加，動壓效應(yīng)增強，氣膜厚度增加，但同時流經(jīng)密封端面間隙的阻力增加。因此，其對密封泄漏量的影響不是很大。 3 干氣密封的控制系統(tǒng) 3.1 主要控制流程 3.1.1 主密封氣控制流程 從壓縮機出口來的密封氣，首先經(jīng)過除霧器V-3840除霧，然后進入密封氣過濾器（精度3m）FL-3841A/B進行過濾。如果密封氣的壓力與平衡管壓力差低于0.345MPa（G）(設(shè)定值),則增壓泵B-3840自啟,給密封氣提壓。提壓后的密封氣進入儲液罐D(zhuǎn)-3840A/B進行氣液分離，再經(jīng)過過濾器（精度3m）FL-3842過濾后進入密封氣調(diào)節(jié)

21、閥PDCV-3840。調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進氣流量為1614-5663NL/min,密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥后分兩路并經(jīng)過流量孔板進入一級密封腔。然后泄漏氣經(jīng)一級密封氣泄漏線并經(jīng)過孔板FE-3846/3847排入火炬。 3.1.2 輔助密封氣控制流程 |<< << < 1 2 3 4 > >> >>| 級間密封氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度1m）FL-3840A/B過濾后，級間密封氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)流量控制在65100NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3842/3843進入級間密封氣密封腔，級間密封起輔助密封作用。然后氮氣經(jīng)二級泄漏

22、線進入火炬。需要注意的是：二級密封進氣流量應(yīng)略小于一級密封放入火炬的流量。 3.1.3 隔離密封控制流程 隔離氮氣從氮氣區(qū)來的氮氣經(jīng)過濾器（精度3m）FL-3840A/B過濾后，經(jīng)隔離氣經(jīng)調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)量110174NL/min后，又分兩路經(jīng)流量孔板FE-3844/3845進入隔離氣密封腔，隔離潤滑油。其中一部分經(jīng)過密封進入二級密封排氣腔；另一部分由端面進入軸承箱，高點放空。 3.2 主要控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置 主密封氣過濾器設(shè)有差壓變送器PDIT-3841，并設(shè)定壓力0.138MPa（G）的高報警值，當過濾器差壓變大時，必須切換進行清理或更換濾芯。主密封氣與平衡管設(shè)有差壓表PDIT-38

23、40，當壓差小于0.345 MPa（G）時，增壓泵B-3840自啟，給主密封氣增壓，當差壓高于0.52 MPa（G）時，增壓泵B-3840自動關(guān)閉。增壓泵漏氣壓力PSA38420.1MPa（G）時高報警，PSA38420.14MPa（G）時停增壓泵。 主密封氣的流量表（標準狀態(tài)）FIT-3840、FIT-3841設(shè)有5663NL/min高報警、設(shè)有1614NL/min低報警，此時需要調(diào)節(jié)流量，泄漏氣和2通過迷宮密封釋放到火炬，流量計流量FA3846/3847164.2NL/min高報警；流量計流量FA3846/3847235NL/min停機。 級間密封氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3840調(diào)節(jié)壓力

24、，控制級間密封氣壓力0.0655 MPa（G）高報警，0.0193 MPa（G）低報警。 隔離氣通過自立式調(diào)節(jié)閥PCV-3841調(diào)節(jié)壓力，隔離氣壓力PIA-384090kPa（G）低報警。隔離氣供氣流量表（標準狀態(tài)）FIT-3844、FIT-3845設(shè)有184NL/min高報警、設(shè)有99NL/min低報警。 以上主要參數(shù)全部經(jīng)組態(tài)并入ESD系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對該密封系統(tǒng)進行監(jiān)控。 3.3 幾點整改 3.3.1 增壓泵驅(qū)動氣源由儀表風(fēng)改為氮氣，因為設(shè)計儀表風(fēng)從管網(wǎng)引來，沒有經(jīng)過過濾和緩沖罐，壓力可能會有波動或帶液，不利于密封系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以經(jīng)研究決定改為氮氣，并經(jīng)氮氣過濾器過濾后進入密封腔，此氮氣是

25、從穩(wěn)壓氮氣管網(wǎng)引出，這樣既保證了驅(qū)動氣源清潔度又保證了氣源的穩(wěn)定性。 3.3.2 對所有密封輔助系統(tǒng)工藝管線增加了電伴熱線，有效防止了密封氣中大分子量氣在低溫下凝液造成損壞密封的后果。 3.3.3 改造密封氣放空系統(tǒng)，原設(shè)計排氣到火炬，由于火炬有時候有背壓，給排出氣體造成一定的堵塞，改造后，把氣體直接排向大氣5 應(yīng)用過程中注意事項(1)密封系統(tǒng)在安裝時，必須保證管線、梯形槽清潔。(2)密封氣密封室壓力至少大于一級排氣壓力0.03 MPa（G）；級間密封室壓力至少大于級間排氣壓力0.03 MPa（G）。(3)開機前必須投用干氣密封，停機時先停潤滑油，后停干氣密封，防止?jié)櫥瓦M入干氣密封系統(tǒng)中，停機時，密封腔降壓速度不超過0.5MPa/min。(4)在開機過程中，