干氣密封原理及使用

干氣密封原理及使用烯烴組于建豐2/6/202311.干氣密封的發(fā)展2.干氣密封的特點及技術(shù)3.干氣密封的結(jié)構(gòu)及原理4.幾種常見的干氣密封5.反再機組采用的干氣密封6.干氣密封的使用及注意事項2/6/20232

最早的離心式壓縮機常用的軸封方法有：迷宮密封、機械密封和浮環(huán)密封（又稱油膜密封）。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)上述三種密封技術(shù)存在著共同的缺點：

1.密封油站費用高；

2.操作麻煩；

3.運行費用高；

4.可靠性差。

2/6/20233一、干氣密封的發(fā)展干氣密封是20世紀(jì)60年代末期在氣體動壓軸承的基礎(chǔ)上通過對機械密封進行根本性改進發(fā)展起來的一種新非接觸式密封，實際上主要就是通過在機械密封動環(huán)上增開了動壓槽以及隨之相應(yīng)設(shè)置了輔助系統(tǒng)而實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。英國的約翰克蘭公司于上世紀(jì)70年代末期率先將干氣密封應(yīng)用到海洋平臺的氣體輸送設(shè)備上并獲得成功。干氣密封最初是為解決高速離心式壓縮機軸端密封問題而出現(xiàn)的，由于密封非接觸式運行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，特別適合做為高速高壓設(shè)備的軸端密封。目前諸多大型離心式壓縮機軸封均采用了干氣密封技術(shù)。我部門的大型機組也選用了此技術(shù)。2/6/202341.干氣密封的由來這是由于在壓縮機密封端面存在著氣膜而不是液膜，所以成為氣體機械密封。在國外成為DryGasseals,意思是無液體潤滑的氣體密封，直譯為中文就是干氣密封。2/6/20235二、干氣密封技術(shù)的特點2.干氣密封的特點

★非接觸式密封，動靜環(huán)被氣膜隔開，操作能耗極小，屬于節(jié)能型密封，使用壽命較長；★省去了龐大的密封油系統(tǒng)，降低了成本；★操作簡單，可靠性高；★運行費用和維修費用較低，占地面積?。弧锝Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)難度大，要求制造和安裝精度高，氣源清潔度高。2/6/20236三、干氣密封技術(shù)基本結(jié)構(gòu)原理2/6/20237

一般來講，典型的干氣密封結(jié)構(gòu)包含有靜環(huán)、動環(huán)組件（旋轉(zhuǎn)環(huán)）、副密封O形圈、靜密封、彈簧和彈簧座（腔體）等零部件。靜環(huán)位于不銹鋼彈簧座內(nèi)，用副密封O形圈密封。彈簧在密封無負荷狀態(tài)下使靜環(huán)與固定在轉(zhuǎn)子上的動環(huán)組件配合，如下圖所示

2/6/20238動環(huán)2/6/20239旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向2/6/2023102/6/2023112/6/202312

基本原理：隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，氣體被向內(nèi)泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段無槽區(qū)稱為密封壩。密封壩對氣體流動產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。該密封壩的內(nèi)側(cè)還有一系列的反向螺旋槽，這些反向螺旋槽起著反向泵送、改善配合表面壓力分布的作用，從而加大開啟靜環(huán)與動環(huán)組件間氣隙的能力。反向螺旋槽的內(nèi)側(cè)還有一段密封壩，對氣體流動產(chǎn)生阻力作用，增加氣體膜壓力。配合表面間的壓力使靜環(huán)表面與動環(huán)組件脫離，保持一個很小的間隙，一般為3微米左右。當(dāng)由氣體壓力和彈簧力產(chǎn)生的閉合壓力與氣體膜的開啟壓力相等時，便建立了穩(wěn)定的平衡間隙。2/6/2023132/6/202314在正常情況下，密封的閉合力等于開啟力。當(dāng)受到外來干擾（如工藝或操作波動），氣膜厚度變小，則氣體的粘性剪力增大，螺旋槽產(chǎn)生的流體動壓效應(yīng)增強，促使氣膜壓力增大，開啟力隨之增大，為保持力平衡密封恢復(fù)到原來的間隙；反之，密封受到干擾氣膜厚度增大，則螺旋槽產(chǎn)生的動壓效應(yīng)減弱，氣膜壓力減小，開啟力變小，密封恢復(fù)到原來的間隙。因此，只要在設(shè)計范圍內(nèi)，當(dāng)外來干擾消除后，密封總能恢復(fù)到設(shè)計的工作間隙，即干氣密封具有自我調(diào)節(jié)的功能而保證運行穩(wěn)定可靠。2/6/2023152/6/202316干氣密封圖片實例※單端面干氣密封※雙端面干氣密封※串聯(lián)式干氣密封※帶中間進氣的串聯(lián)式干氣密封2/6/202317四、干氣密封的型式2/6/2023181.單端面干氣密封—TM02B單端面干氣密封適用于少量工藝氣泄漏到大氣中無危害的工況。如二氧化碳壓縮機、氮氣壓縮機等。

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2.雙端面干氣密封—TM02A

雙端面干氣密封相當(dāng)于面對面布置的兩套單端面密封，有時兩個密封分別使用兩個動環(huán)。它適用于沒有火炬條件，允許少量阻封氣進入工藝介質(zhì)中的情況。在兩組密封之間通入氮氣作阻塞氣體而成為一個性能可靠的阻塞密封系統(tǒng)，控制氮氣的壓力使其始終維持在比工藝氣體壓力高0.2~0.3MPa的水平，這樣密封氣泄漏的方向總是朝著工藝氣和大氣，從而保證了工藝氣不會向大氣泄漏。雙端面干氣密封可以用在絕大多數(shù)離心泵的軸封上。

2/6/202320雙端面干氣密封的特點：

1.用“氣體阻塞”替代傳統(tǒng)的“液體阻塞”原理，即用帶壓密封氣替代帶壓密封液，保證工藝介質(zhì)實現(xiàn)“零逸出”；

2.整套密封非接觸運行，其功率消耗僅為傳統(tǒng)雙端面密封的5%，使用壽命比傳統(tǒng)密封長5倍以上；

流程。

2/6/2023213.結(jié)構(gòu)簡單的輔助系統(tǒng)，保證工藝介質(zhì)不受污染及工藝介質(zhì)不向大氣泄漏，徹底擺脫了傳統(tǒng)雙端面機械密封對油系統(tǒng)的依賴。4.密封氣采用氮氣或儀表空氣，其壓力高于介質(zhì)0.2~0.3MPa。

5.需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質(zhì)壓力0.2MPa;

6.雙端面干氣密封缺點：有微量氣體進入工藝2/6/2023222/6/2023233.串聯(lián)式干氣密封—TM02C

串聯(lián)式干氣密封可看作是兩套或更多套干氣密封按照相同的方向首尾相連而構(gòu)成的。與單端面結(jié)構(gòu)相同，密封所用氣體為工藝氣本身。通常情況下采用兩級結(jié)構(gòu)，第一級（主密封）密封承擔(dān)全部或大部分負荷，而另外一級作為備用密封不承受或承受小部分壓力降，通過主密封泄漏出的工藝氣體被引入火炬燃燒。剩余極少量的未被燃燒的工藝氣通過二級密封漏出，引入安全地帶排放。當(dāng)主密封失效時，第二級密封可以起到輔助安全密封的作用，可保證工藝介質(zhì)不大量向大氣泄漏。它適用于允許少量工藝氣泄漏到大氣的工況。2/6/202324

如果遇不允許工藝介質(zhì)泄漏到大氣中，且也不允許阻封氣泄漏到工藝介質(zhì)中的工況，此時串聯(lián)結(jié)構(gòu)的兩級密封間可加迷宮密封。用于易燃、易爆、危險性大的介質(zhì)氣體，可以做到完全無外漏。如H2壓縮機、H2S含量較高的天然氣壓縮機、乙烯、丙烯壓縮機、氨壓縮機等。2/6/2023252/6/2023264.帶中間進氣的串聯(lián)式干氣密封—TM02D

該結(jié)構(gòu)所用主密封氣除用工藝氣本身以外，還需另引一路氮氣作為第二級密封的使用氣體。通過一級密封泄漏出的工藝氣體被氮氣全部引入火炬燃燒。而通過二級密封漏入大氣的全部為氮氣。當(dāng)主密封失效時，第二級密封同樣起到輔助安全密封的作用。2/6/202327

一級密封氣的作用:

阻止壓縮機氣體外漏污染密封端面，對密封端面起潤滑、冷卻等作用。一級密封氣絕大部分經(jīng)過迷宮返回到機內(nèi)，少量氣體經(jīng)過密封端面泄漏到第一級密封排氣腔。

2/6/202328五、干氣密封流程講解

二級密封氣的作用：

阻止從一級密封端面泄漏的少量介質(zhì)氣體進入二級密封端面，并保證二級密封安全可靠運行。二級密封氣大部分氣體與一級密封端面泄漏的少量介質(zhì)氣體通過一級密封放空火炬腔體進入放空火炬管線，只有少部分通過二級密封端面進入二級密封放空腔體后，與部分后置隔離氣高點放空。2/6/202329后置隔離氣的作用：

保證二級密封端面不受壓縮機軸承潤滑油氣的污染。其中一部分氣體通過后置密封內(nèi)側(cè)梳齒迷宮與從二級密封端面泄漏的少部分密封氣高點放空；另一部分氣體通過后置密封外側(cè)梳齒迷宮經(jīng)軸承潤滑油放空口放空。2/6/202330以產(chǎn)品氣壓縮機的干氣密封系統(tǒng)為例：2/6/2023311.干氣密封的投用步驟及方法a.在投用干氣密封前，應(yīng)該檢查確認(rèn)所有現(xiàn)場壓力、流量儀表及變送器根部閥打開。b.投用后置隔離氣：油運開始前十分鐘投入后置隔離氣。(注意：在正常運行時不可中斷后置隔離氣，壓縮機停車后，后置隔離氣必須在油運停止且回油管路無油流動至少十分鐘后方可切斷后置隔離氣。)2/6/202332六、干氣密封的使用及注意事項c.投用一級干氣密封：理論上是應(yīng)該在壓縮機進工藝氣或者氣密性試驗之前投用，但根據(jù)操作經(jīng)驗和實際情況可以考慮在暖管結(jié)束后投用。一般選擇開速關(guān)閥之前投用。d.一級密封氣投用后，投用放火炬管線。e.放火炬管線投用后，投用二級密封氣。f.當(dāng)壓縮機正常運轉(zhuǎn)出口壓力穩(wěn)定后切換一級密封氣源。注意切換時開工藝氣閥和關(guān)氮氣閥應(yīng)同時進行，確保密封氣壓力穩(wěn)定。停用步驟：當(dāng)壓縮機停機后轉(zhuǎn)速為零時，可以停用一級、二級干氣密封。

2/6/2023332.注意事項a.壓縮機組投入氣體前，必須首先投入一級密封氣，以防機內(nèi)氣體污染一級密封端面；當(dāng)壓縮機停運，機內(nèi)氣體排凈之后方可關(guān)閉一級密封進氣。b.投用過濾器時應(yīng)先緩慢打開過濾器出口閥，再緩慢打開進口閥，以防過濾器進、出口閥打開過快，對過濾器濾芯造成瞬間壓力沖擊而損壞，正常工作狀態(tài)下過濾器濾芯工作周期最長為一年。2/6/202334c.更換過濾器濾芯時，應(yīng)先緩慢打開備用過濾器進、出口球閥，投用備用過濾器。然后再關(guān)閉需更換濾芯的過濾器進、出口球閥，進行濾芯更換。（用于一級密封氣源過濾的過濾器更換濾芯前，需打開底部閥門泄