干气密封工作原理..

1、1 干气密封工作原理 典型的干气密封结构如图 1 所示，由旋 转环、静环、弹簧、密封圈、弹簧座和 轴套组成。 图 2 为干气密封旋转环示意 图，旋转环密封面经过研磨、抛光处理， 并在其上面加工出有特殊作用的流体动 压槽。干气密封旋转环旋转时，密封气体被吸 入动压槽内，由外径朝向中心，径向分 量朝着密封堰流动。由于密封堰的节流 作用，进入密封面的气体被压缩，气体 压力升高。在该压力作用下，密封面被 推开，流动的气体在两个密封面间形成 一层很薄的气膜，此气膜厚度一般在 3 卩m左右。气体动力学研究表明，当干 气密封两端面间的间隙在23卩m时， 通过间隙的气体流动层最为稳定。 这也 就是为什么干气密

2、封气膜厚度设计值选 定在23卩m的主要原因。当气体静压 力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，该气膜厚度十分稳定。正常条件下，作用在密封面上的闭合力（弹簧力和介质力）等于开启力（气膜 反力），密封工作在设计工作间隙。当受 到外部干扰，气膜厚度减小，则气膜反 力增加，开启力大于闭合力，迫使密封 工作间隙增大，恢复到正常值。相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反 力减小，闭合力大于开启力，密封面合 拢恢复到正常值。因此，只要在设计范 围内，当外部干扰消失以后，气膜厚度 就可以恢复到设计值。衡量密封稳定性 的主要指标就是密封产生气膜刚度的大 小，气膜刚度是气膜作用力的变化与气 膜厚度的变化之比，气膜刚

3、度越大，表 明密封的抗干扰能力越强，密封运行越 稳定。干气密圭寸的设计就是以获得最大 的气膜刚度为目标。干气密封是采用机械密封和气体密封的 结合，是一种非接触端部密封，它是在 机械密封的动环或静环（一般在动环上） 的密封面上开有密封槽(本密封为 T 形 槽)，当动静环高速旋转时，在两端面间 形成一层气膜，在气体泵送效应产生的 推力作用下把动静环推开，使两密封端 面不接触，但在压缩机刚开机阶段，由 于转速较低，动静密封面形成的动压力 也较低，动静环是接触摩擦的，所以采 用干气密封的压缩机，低速运行时间不 宜过长 1。 本装置双向串联干气密封特点：密封型 式为双向串联干气密封；密封槽为 T 形 槽

4、，见图 3；旋转环材料为碳化硅； 静环 为涂 DLC 工业金刚石碳化硅； 辅助密封 元件采用填充PTFE,弹簧(ALLOYC40 ) 加载。采用 T 形槽密封端面，可以避免 压缩机正反转造成密封损坏或减少使用 寿命。干气密封的密封气采用差压控制， 利用启动薄膜式调节阀使平衡管气与密 封气保持一定压差，隔离气和级间密封 气分别利用自力式调节阀保持压力恒装置开工和停车时， 压缩机出入口压力相等，此时增压泵启动，保证密封气压力比平衡管气压力高0.30.4MPa(G)，增压泵驱动气源工业风为 0.350.4 MPa(G),密封气密封室压力比一级 排气压力高 0.03 MPa 以上，级间密封比 二级排气

5、压力高 0.03 MPa 以上。2 影响干气密封性能的主要参数将影响干气密封性能的参数分为密封端 面结构参数和密封操作参数。端面结构 参数对密封的稳定性影响较大，操作参 数对密封的泄漏量影响较大。2.1 密封端面结构参数对气膜刚度的影 响2.1.1 干气密封动压槽形状从流体动力学角度来讲，在干气密封端面开任何形状的沟槽，都能产生动压效应。理论研究表明，螺旋槽产生的流体动压效应最强，用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大，即干气密封 的稳定性最好。2.1.2 干气密封动压槽深度理论研究表明，干气密封流体动压槽深 度与气膜厚度为同一量级时，密封的气 膜刚度最大。实际应用中，干气密封的动压槽深度

6、一般在 310卩 m。在其余参数确定的情况下，动压槽深 度有一最佳值。2.1.3 干气密封动压槽数量、动压槽宽 度和动压槽长度 理论研究表明，干气密封动压槽数量趋 于无限时，动压效应最强。不过在实际 应用中，当动压槽达到一定数量后，再 增加槽数时，对干气密封性能影响已经 很小。此外，干气密封动压槽宽度、动 压槽长度对密封性能都有一定的影响。2.2 操作参数对密封泄漏量的影响2.2.1 密封直径、 转速对泄漏量的影响 密封直径越大，转速越高，密封环线速 度越大，干气密封的泄漏量就越大。2.2.2 密封介质压力对泄漏量的影响。 在密封工作间隙一定的情况下，密封气压力越高，气体泄漏量越大。2.2.3

7、 介质温度、 介质粘度对泄漏量的影 响。介质温度对密封泄漏量的影响是由 于温度对介质粘度有影响而造成的。介 质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度 增加，但同时流经密封端面间隙的阻力 增加。因此，其对密封泄漏量的影响不 是很大。3 干气密封的控制系统3.1 主要控制流程3.1.1 主密封气控制流程从压缩机出口来的密封气，首先经过除雾器 V-340 除雾，然后进入密封气过滤器（精度3匕m）FL-3841A/B 进行过滤。如果密封气的压力与平衡管压力差低于0.345MPa( G)(设定值),则增压泵B-3840自启,给密封气提压。提压后的密封气进入储液罐 D-3840A/B 进行气液分离，再 阀调节进

8、气流量为 1614-5663NL/mi n,密经过过滤器（精度FL-3842 过滤后进入密封气调节阀PDCV-3840。调节封气经调节阀后分两路并经过流量孔板进入一级密封腔。然后泄漏气经一级密封气泄漏线并经过孔板FE-3846/3847入火炬3.1.2 辅助密封气控制流程| |级间密封氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度1卩m） FL-3840A/B过滤后，级间密封气经调节阀PCV-3840 调节流量控制在65100NL/min后，又分两路 经流量孔板 FE-3842/3843 进入级间密封 气密封腔，级间密封起辅助密封作用。 然后氮气经二级泄漏线进入火炬。需要 注意的是：二级密封进气流量应略小

9、于 一级密封放入火炬的流量。3.1.3 隔离密封控制流程隔离氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度3卩m） FL-3840A/B过滤后， 经隔离气经调节阀 PCV-3841 调量 110 174NL/min 后，又分两路经流量孔板 FE-3844/3845 进入隔离气密封腔，隔离 润滑油。其中一部分经过密封进入二级 密封排气腔；另一部分由端面进入轴承 箱，高点放空。3.2 主要控制系统参数设置 主密封气过滤器设有差压变送器PDIT-3841，并设定压力 0.138MPa (G) 的高报警值，当过滤器差压变大时，必 须切换进行清理或更换滤芯。主密封气 与平衡管设有差压表PDIT-3840,当压差 小

10、于0.345 MPa (G)时，增压泵B-3840 自启，给主密封气增压， 当差压高于 0.52 MPa (G)时，增压泵B-3840自动关闭。增压泵漏气压力 PSA3842 0.1MPa(G) 时高报警，PSA38420.14MPa (G)时 停增压泵。主密封气的流量表(标准状态) FIT-3840、FIT-3841 设有5663NL/min 高报警、设 有v 1614NL/min低报警，此时需要调节流量，世漏气和N 2通过迷宫密封释放到火炬，流量计流量FA3846/3847 164.2NL/min 高 报 警 ； 流 量 计 流 量FA3846/3847 235NL/min停机级间密封气通

11、过自立式调节阀PCV-3 840调节压力，控制级间密封气压力0.0655 MPa (G)高报警，v 0.0193MPa (G)低报警隔离气通过自立式调节阀PCV-3841 调节压力，隔离气压力PIA-3840v 90kPa(G)低报警。隔离气供气流量表(标准状态)FIT-3844 、FIT-3845 设 有 184NL/min 高报警、设有v 99NL/min 低 报警 以上主要参数全部经组态并入 ESD 系 统，可以实现对该密封系统进行监控。3.3 几点整改3.3.1 增压泵驱动气源由仪表风改为氮 气，因为设计仪表风从管网引来，没有 经过过滤和缓冲罐，压力可能会有波动 或带液，不利于密封系统

12、的稳定，所以 经研究决定改为氮气，并经氮气过滤器 过滤后进入密封腔，此氮气是从稳压氮 气管网引出，这样既保证了驱动气源清 洁度又保证了气源的稳定性。3.3.2 对所有密封辅助系统工艺管线增 加了电伴热线，有效防止了密封气中大 分子量气在低温下凝液造成损坏密封的 后果。3.3.3 改造密封气放空系统，原设计排 气到火炬，由于火炬有时候有背压，给 排出气体造成一定的堵塞，改造后，把 气体直接排向大气该文章讲述了干气密 封技术在离心压缩机中的应用 .干气密封的动压槽深度一般在 310卩 m。在其余参数确定的情况下，动压槽深 度有一最佳值。2.1.3 干 气密封动压槽数量、动压槽宽度和动压 槽长度理论

13、研究表明，干气密封动压槽数量趋 于无限时，动压效应最强。不过在实际 应用中，当动压槽达到一定数量后，再 增加槽数时，对干气密封性能影响已经 很小。此外，干气密封动压槽宽度、动 压槽长度对密封性能都有一定的影响。2.2 操作参数对密封泄漏量的影响2.2.1 密封直径、 转速对泄漏量的影响 密封直径越大，转速越高，密封环线速 度越大，干气密封的泄漏量就越大。2.2.2 密封介质压力对泄漏量的影响。 在密封工作间隙一定的情况下，密封气 压力越高，气体泄漏量越大。2.2.3 介质温度、 介质粘度对泄漏量的影 响。介质温度对密封泄漏量的影响是由 于温度对介质粘度有影响而造成的。介 质粘度增加，动压效应增

14、强，气膜厚度 增加，但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此，其对密封泄漏量的影响不是很大。3 干气密封的控制系统3.1 主要控制流程3.1.1 主密封气控制流程从压缩机出口来的密封气，首先经过除雾器 V-340 除雾，然后进入密封气过滤器（精度3匕m）FL-3841A/B 进行过滤。如果密封气的压力与平衡管压力差低于0.345MPa（ G）（设定值）,则增压泵B-3840 自启,给密封气提压。提压后的密封气进 入储液罐 D-3840A/B 进行气液分离，再 经过过滤器（精度3卩m） FL-3842过滤 后进入密封气调节阀 PDCV-3840。调节阀调节进气流量为 1614-5663NL/mi

15、n,密封气经调节阀后分两路并经过流量孔板进入一级密封腔。然后泄漏气经一级密封气泄漏线并经过孔板FE-3846/3847入火炬。3.1.2 辅助密封气控制流程| |级间密封氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度1卩m） FL-3840A/B过滤后，级间密封气经调节阀PCV-3840 调节流量控制在65100NL/min后，又分两路 经流量孔板 FE-3842/3843 进入级间密封 气密封腔，级间密封起辅助密封作用。 然后氮气经二级泄漏线进入火炬。需要 注意的是：二级密封进气流量应略小于 一级密封放入火炬的流量。3.1.3 隔离密封控制流程隔离氮气从氮气区来的氮气经过滤器（精度3卩m） FL-384

16、0A/B过滤后，经隔离气经调节阀PCV-3841 调量 110174NL/min 后，又分两路经流量孔板FE-3844/3845 进入隔离气密封腔，隔离 润滑油。其中一部分经过密封进入二级 密封排气腔；另一部分由端面进入轴承 箱，高点放空。3.2 主要控制系统参数设置 主密封气过滤器设有差压变送器 PDIT-3841，并设定压力 0.138MPa (G) 的高报警值，当过滤器差压变大时，必 须切换进行清理或更换滤芯。主密封气 与平衡管设有差压表PDIT-3840,当压差 小于0.345 MPa (G)时，增压泵B-3840 自启，给主密封气增压， 当差压高于 0.52 MPa (G)时，增压泵

17、B-3840自动关闭。 增压泵漏气压力 PSA3842 0.1MPa(G) 时高报警，PSA38420.14MPa (G)时 停增压泵。主密封气的流量表(标准状态) FIT-3840、FIT-3841 设有5663NL/min 高报警、设 有v 1614NL/min低报警，此时需要调节3.3 几点整改流量，世漏气和N 2通过迷宫密封释放到火炬，流量计流量FA3846/3847 164.2NL/min 高 报 警 ； 流 量 计 流 量FA3846/3847 235NL/min停机级间密封气通过自立式调节阀PCV-3 840调节压力，控制级间密封气压力0.0655 MPa (G)高报警，v 0.

18、0193MPa (G)低报警隔离气通过自立式调节阀PCV-3841 调节压力，隔离气压力PIA-3840v 90kPa(G)低报警。隔离气供气流量表(标准状态)FIT-3844 、FIT-3845 设 有 184NL/min 高报警、设有v 99NL/min 低 报警 以上主要参数全部经组态并入 ESD 系 统，可以实现对该密封系统进行监控。3.3.1 增压泵驱动气源由仪表风改为氮 气，因为设计仪表风从管网引来，没有 经过过滤和缓冲罐，压力可能会有波动 或带液，不利于密封系统的稳定，所以 经研究决定改为氮气，并经氮气过滤器 过滤后进入密封腔，此氮气是从稳压氮 气管网引出，这样既保证了驱动气源清

19、 洁度又保证了气源的稳定性。3.3.2 对所有密封辅助系统工艺管线增 加了电伴热线，有效防止了密封气中大 分子量气在低温下凝液造成损坏密封的 后果。3.3.3 改造密封气放空系统，原设计排 气到火炬，由于火炬有时候有背压，给 排出气体造成一定的堵塞，改造后，把 气体直接排向大气 该文章讲述了干气密封技术在离心压缩 机中的应用 .干气密封的动压槽深度一般在 310卩 m。在其余参数确定的情况下，动压槽深 度有一最佳值。2.1.3 干气密封动压槽数量、动压槽宽度和动压槽长度 理论研究表明，干气密封动压槽数量趋 于无限时，动压效应最强。不过在实际 应用中，当动压槽达到一定数量后，再 增加槽数时，对干

20、气密封性能影响已经 很小。此外，干气密封动压槽宽度、动 压槽长度对密封性能都有一定的影响。2.2.1 密封直径、 转速对泄漏量的影响 密封直径越大，转速越高，密封环线速 度越大，干气密封的泄漏量就越大。2.2.2 密封介质压力对泄漏量的影响。 在密封工作间隙一定的情况下，密封气 压力越高，气体泄漏量越大。2.2.3 介质温度、 介质粘度对泄漏量的影 响。介质温度对密封泄漏量的影响是由 于温度对介质粘度有影响而造成的。介 质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度 增加，但同时流经密封端面间隙的阻力 增加。因此，其对密封泄漏量的影响不 是很大。3 干气密封的控制系统3.1 主要控制流程3.1.1 主密封

21、气控制流程从压缩机出口来的密封气，首先经过除雾器 V-340 除雾，然后进入密封气过滤器（精度3匕m）FL-3841A/B 进行过滤。如果密封气的压力与平衡管压力差低于0.345MPa（ G）（设定值）,则增压泵B-3840 自启,给密封气提压。提压后的密封气进 入储液罐 D-3840A/B 进行气液分离，再 经过过滤器（精度3卩m） FL-3842过滤 后进入密封气调节阀 PDCV-3840。调节阀调节进气流量为 1614-5663NL/min, 密封气经调节阀后分两路并经过流量孔板 进入一级密封腔。然后泄漏气经一级密 入火炬封气泄漏线并经过孔板FE-3846/38473.1.2 辅助密封气

22、控制流程| |级间密封氮气从氮气区来的氮气经过滤 器（精度1卩m） FL-3840A/B过滤后， 级间密封气经调节阀 PCV-3840 调节流量控制在65100NL/min后，又分两路 经流量孔板 FE-3842/3843 进入级间密封 气密封腔，级间密封起辅助密封作用。 然后氮气经二级泄漏线进入火炬。需要 注意的是：二级密封进气流量应略小于 一级密封放入火炬的流量3.1.3 隔离密封控制流程隔离氮气从氮气区来的氮气经过滤器(精度3卩m) FL-3840A/B过滤后， 174NL/min 后，又分两路经流量孔板经隔离气经调节阀PCV-3841 调量 110FE-3844/3845 进入隔离气密

23、封腔，隔离 润滑油。其中一部分经过密封进入二级 密封排气腔；另一部分由端面进入轴承箱，高点放空。3.2 主要控制系统参数设置 主密封气过滤器设有差压变送器PDIT-3841,并设定压力 0.138MPa (G)的高报警值，当过滤器差压变大时，必 须切换进行清理或更换滤芯。主密封气 与平衡管设有差压表 PDIT-3840,当压差小于0.345 MPa (G)时，增压泵B-3840自启,给主密封气增压, 当差压高于 0.52MPa (G)时，增压泵B-3840自动关闭。 增压泵漏气压力 PSA3842 0.1MPa(G)时高报警,PSA3842 0.14MPa(G)时停增压泵主密封气的流量表(标准

24、状态)FIT-3840、FIT-3841 设有5663NL/min 高报警、设有v 1614NL/min低报警，此时需要调节 流量，泄漏气和N 2通过迷宫密封释放到火 炬 , 流 量 计 流 量FA3846/3847 164.2NL/min 高 报 警 ； 流 量 计 流 量FA3846/3847 235NL/min停机级 间 密 封 气 通 过 自 立 式 调 节 阀PCV-3840调节压力，控制级间密封气压力0.0655 MPa (G)高报警，v 0.0193MPa (G)低报警隔离气通过自立式调节阀PCV-3841 调节压力，隔离气压力PIA-3840 v 90kPa(G)低报警。隔离气

25、供气流量表(标准状态)FIT-3844、FIT-3845 设有184NL/min 高报警、设有v 99NL/min 低 报警 以上主要参数全部经组态并入 ESD 系 统，可以实现对该密封系统进行监控。3.3 几点整改3.3.1 增压泵驱动气源由仪表风改为氮 气，因为设计仪表风从管网引来，没有 经过过滤和缓冲罐，压力可能会有波动 或带液，不利于密封系统的稳定，所以 经研究决定改为氮气，并经氮气过滤器 过滤后进入密封腔，此氮气是从稳压氮 气管网引出，这样既保证了驱动气源清 洁度又保证了气源的稳定性。332对所有密封辅助系统工艺管线增 加了电伴热线，有效防止了密封气中大 分子量气在低温下凝液造成损坏密封的 后果。3.3.3改造密封气放空系统，原设计排 气到火炬，由于火炬有时候有背压，给 排出气体造成一定的堵塞，改造后，把 气体直接排向大气5应用过程中注皿意事项(1) 密封系统在安装时，必须保证管 线、梯形槽清洁。(2) 密圭寸气密圭寸室压力至少大于一级排气压力0.03 MPa( G);级间密封室压 力至少大于级间排气压力 0.03 MP(G)(3) 开机前必须投用干气密封，停机时 先停润滑油，后停干气密封，防止润滑油进入干气密封系统中，停机时，密封 腔降压速度不超过0.5MPa/min。(4) 在开机过程中，不宜低转速运行时 间太长，在正常运转中，应该保持转速 恒