干气密封及控制系统使用说明书

1、山西晋丰煤化工有限公司二氧化碳压缩机干气密封使用说明书 用户名称山西晋丰煤化工有限公司装置名称年产18万吨总氨26万吨尿素设备名称二氧化碳压缩机设备位号 干气密封及控制系统使用说明书四川日机密封件有限公司2007年12月目 录一 干气密封概述 2 二 干气密封结构说明 5 三 干气密封控制系统说明 7四 干气密封的安装与拆卸 12五 干气密封的操作与维护 17六 干气密封装运及存放 19附图一：干气密封装配图CW（驱动端）附图二：干气密封装配图CCW（非驱端）附图三：干气密封控制系统PI图附图四：装拆工具总图CW(驱动端)附图五：装拆工具总图CCW（非驱端）附图六：装拆步骤示意图一、干气密封概

2、述 干气密封是一种新型的非接触式轴封。它是六十年代末期以气体润滑轴承的概念为基础发展起来的，其中以螺旋槽密封最为典型。经过数年的研究，美国约翰·克兰公司率先推出干气密封产品并投入工业使用。它适合于任何输送气体的系统，目前在我国的石化、炼油、化工、制药等行业的引进装置中越来越多的得到使用。实践表明，干气密封在很多方面都优越于普通接触式机械密封，由于其属于非接触式密封，基本上不受PV值的限制。与普通接触式机械密封相比，它更适合作为高速高压下的大型离心压缩机的轴封。而且它不需要密封润滑油，其所需的气体控制系统比接触式密封的油系统要简单得多。干气密封的出现，是密封技术的一次革命，它改变了传统

3、的密封观念，将干气密封技术和阻塞密封原理有机结合，“用气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封气或液封液”观念，可保证任何密封介质实现零逸出，这就使得其在泵用轴封领域也将有广泛的应用前景。与普通接触式机械密封相比，干气密封有以下主要优点：省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷。大大减少了计划外维修费用和生产停车。避免了工艺气体被油污染的可能性。 密封气体泄漏量小。维护费用低，经济实用性好。密封驱动功率消耗小。密封寿命长，运行可靠。1、干气密封工作原理与普通机械密封相比，干气密封在结构上基本相同。其重要区别在于，干气密封其中的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽。运转时进入浅槽中的

4、气体受到压缩，在密封环之间形成局部的高压区，使密封面开启，从而能在非接触状态下运行，实现密封。下面以典型的螺旋槽干气密封为例作简单说明图1所示是密封端面的示意图，密封面上加工有一定数量的螺旋槽，其深度在815m以内。密封工作的主要原理是静压力和流体动力的平衡。作用在密封上的流体静态力是由介质压力和弹簧力产生，在旋转和静止时都存在。流体动态力只在密封旋转时发生。密封旋转时，由动环产生的粘性剪切力带动密封气体进入螺旋槽内，由外径朝中心，径向分量朝着密封坝流动，而密封坝节制气体流向低压侧，于是气体被压缩，压力升高，密封面分开，形成一定厚度的气膜。由气膜作用力形成的开启力与由弹簧力和介质作用力形成的闭

5、合力达到平衡，于是密封实现非接触运转。干气密封的密封面间形成的气膜具有一定的正刚度，保证了密封运转的稳定性，还可对摩擦副起润滑作用。为了获得必要的流体动压效应，动压槽必须开在高压侧。图2: 螺旋槽干气密封的作用力图图2所示为螺旋槽干气密封的作用力图，从图上可以看出气膜刚度是如何形成的及其如何保证密封运转的稳定性。在正常情况下，密封的闭合力等于开启力。当受到外来干扰（如工艺或操作波动），气膜厚度变小，则气体的粘性剪力增大，螺旋槽产生的流体动压效应增强，促使气膜压力增大，开启力随之增大，为保持力平衡，密封恢复到原来的间隙；反之，密封受到干扰气膜厚度增大，则螺旋槽产生的动压效应减弱，气膜压力减小，开

6、启力变小，密封恢复到原来的间隙。因此，只要在设计范围内，当外来干扰消除后，密封总能恢复到设计的工作间隙，亦即干气密封运行稳定可靠。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，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰力越强，密封运行越稳定。、干气密封的结构及监控系统 对于不同的工况条件，可采用不同的干气密封总体结构型式。实际应用中，干气密封结构型式主要有单端面、双端面、串联式和带中间迷宫的串联式四种结构型式。为了保证干气密封运行的可靠性，每套干气密封都有与之相匹配的监测控制系统，使得密封工作在最佳设计状态，当密封失效时系统能即时报警，有利于维修工人以

7、最快速度处理现场事故。干气密封监控系统对密封是否正常运行的监测主要是通过对气体泄漏量的监测进行的，气体泄漏量过低或过高，系统均报警，提醒操作人员检查控制系统压力是否在设计范围。当气体泄漏量超过一定值以后，表明干气密封已经失效，系统连锁停车，保证设备不受损坏。二、干气密封结构说明山西晋丰煤化工有限公司二氧化碳高压缸压缩机为透平驱动的离心式压缩机，由沈阳透平机械股份有限公司制造，机型：2BCL356，主机厂合同号：H823,其主要工作参数如下：入口压力：2.345MPaA 出口压力：16.2MPaA 入口温度：42oC 出口温度：118 oC介 质：二氧化碳 最高连续转速：13925r/min 1

8、、干气密封结构型式因工艺介质为二氧化碳，该压缩机采用GCS01/L-98型单端面干气密封，其详细结构参见附图一、二。我们采用从压缩机高压缸四段入口工艺气引出的经除液后的工艺气体作为密封的工作气体。由于干气密封在开停车时会产生接触磨损，因此密封的动环选用较高硬度的硬质合金,而静环采用相对较软、具有自润滑性的浸渍石墨。在密封的动环端面上加工有均布的流体动压螺旋槽。特殊设计的槽型结构在使用条件下运转时所产生的流体动压效应，使动、静环间形成具有一层极高刚度的气膜，由气膜作用力形成的开启力与由弹簧和介质作用形成的闭合力达到动态平衡，使密封面分开35m，在非接触状态下实现密封。大气端（轴承端）的梳齿密封，

9、可避免轴承箱中的润滑油汽进入干气密封内，保证干气密封在洁净，干燥的环境中运行。该结构由于做到了工艺气对大气的零泄漏，且外加的隔离氮气也不会漏入机组污染工艺介质，具有较高的可靠性，在石油及化工行业的同类型离心式压缩机组中得到广泛的应用。该密封为整体集装式结构，出厂前已精密地装配成一体，通过安装板将动、静部分连接在一起，防止运输过程中零件之间相互碰撞造成的损坏。同时，安装时不需要分解，整体直接装入机组壳体内后取下安装板即可，便捷且轴向定位准确，避免了现场重新拆卸组装时引起的装配精度下降以及环境中的粉尘等杂质对密封的影响，使用效果能得到充分保证。2、性能指标在正常工艺设计操作条件下，该轴封可达到如下

10、性能指标（1台套）： 工艺气泄漏量4Nm3h；缓冲气消耗量300 Nm3h；隔离氮气消耗量60Nm3h；干气密封功率消耗3kw；三、干气密封控制系统说明该密封设计有专门的监测控制系统，可保证干气密封长期可靠地在最佳状态运行。干气密封系统的测量仪表、接线盒、过滤器、阀门均安装在现场的干气密封仪表盘上（见附图三）。仪表在现场检测的同时，对重要测量点采集的信号输出至中控室，并设置高低限位报警。使操作人员能及时了解密封的运行情况，确保该系统的可靠运行。干气密封系统其工作原理如下：密封正常运行时，把从机组高压缸端四段入口工艺气引出的经除液后的CO2气体压力为8.91MPa温度为196.3作为缓冲气的气源

11、，（机组开车时，由于机组出口压力尚未建立，故开机时需用开车气体作为缓冲气），由孔板FE1131调压后首先经过滤单元F1301A/B（粗过滤精度5m、精过滤精度1m），压差由PDIT1310记录，当差压大于70KPaA时报警。然后经气动薄膜调节阀PDCV1310，根据设定的压差值（缓冲气与机组参考气管压力）进行调压后分别进入驱动端和非驱端干气密封腔，控制其压力高于机组正常运行时参考气管压力0.05MPaA，其作用是阻挡未净化工艺气中的粉尘、凝缩油等杂质进入密封端面，以避免造成对干气密封正常工作产生不利影响。该差压值由差压变送器测量由PDIT1311显示。进入密封腔的缓冲气的正常流量大约在200N

12、m3h(是指在0摄氏度1个标准大气压下的气体体积Nm3/h通常叫标立方，是标准状态下的排量)之内分别由FE1313/FE1314记录；压力为2.3MPa由PT1131/PT1132显示；温度为100由TE1312显示，其中绝大部分进入机组，剩余的一小部分（2Nm3/h）通过干气密封的端面漏出进入泄漏腔体，与部分来自隔离气的氮气混合后作为泄漏气，引入高点放空。判断密封是否正常工作主要通过对泄漏气的监测来进行。干气密封如出现意外失效时，泄漏气出口端压力和流量会急剧增大。其信号可通过压力变送器PDIT1332/1331和流量变送器FE1332/1331传至控制室，正常流量值为5.54 Nm3/h；压

13、力为126KPa。当泄漏气流量增加到10.34 Nm3/h时，发出报警信号。当泄漏气流量增加到16.34 Nm3/h时，控制系统给出联锁停车信号，以避免出现意外。管道氮气经过滤单元F1320A/B（粗过滤精度5m、精过滤精度1m），压差由PIT1310记录； PIT1320显示大于0.3MPa氮气作为隔离气，然后经气动薄膜调节阀PCV1320调节压力，分两路作为隔离气进入非驱端和驱动端干气密封的隔离密封。在启动滑油系统之前先启动隔离气，控制其压力高于轴承箱油压（通常为大气压）30KPa，形成一个性能可靠的阻塞密封系统，以阻隔轴承箱中的润滑油气进入干气密封端面，造成密封失效。该气体一部分进入轴承

14、箱后放空，另一部分与从密封泄漏的氮气混合，作为泄漏气，引到安全场所排放。1、系统流程1.1密封控制系统1.1.1 缓冲气机组正常运行时，从高压缸端四段入口工艺气引出的经除液后的气体进入密封控制系统，经V1、V2、V5、过滤器FL1、FL2（FL3、FL4备用）、V6、V9后，进入气动薄膜调节阀PDV2781，该调节阀控制信号由差压变送器PDT2781测量并送入DCS系统后输出给气动薄膜调节阀，从而控制其阀后压力始终比参考气管压力高0.05MPa，该气体经V10后作为缓冲气分别进入驱动端和非驱端干气密封腔。1.1.2 隔离气为防止轴承润滑油进入密封腔体污染密封端面，需在干气密封与轴承之间通入隔离

15、氮气。过滤后的管道氮气经V12、V13、V14、过滤器FL5（FL6备用）、V15、V18进入孔板OR2，减压成0.03MPa氮气，分两路作为隔离气进入非驱端和驱动端干气密封的隔离密封。注意：启动滑油系统之前应先启动隔离气，而关闭隔离气则应在滑油系统停用十分钟以上方可关闭，切记！1.1.3 驱动气气动薄膜调节阀PDV2781采用过滤减压后仪表空气作为动力源。1.1.4泄漏气非驱端一级泄漏气经V20、V21、FT2780、V22、V24后入火炬管线，驱动端一级泄漏气经V25、V26、FT2781、V27、V29后高点放空。1.2 测量、报警及联锁1.2.1 缓冲气与参考气管工艺气差压由差压变送器

16、PDT2781测量，正常值0.05Pa，低报值L=0.015MPa。1.2.2 过滤器堵塞由差压变送器PDT2780测量缓冲气过滤器前后差压，高报值H=0.08MPa。1.2.3 隔离气压力由压力变送器PT2782测量，正常值0.03MPa，低报值L=0.01MPa。1.2.4泄漏气压力由压力变送器PT2783、PT2784分别测量非驱端和驱动端泄漏气压力，正常值N=0.02MPa，高报值H=0.05MPa，连锁值HH=0.1MPa。1.2.5泄漏气流量由金属管浮子流量计FT2780、FT2781分别测量非驱端和驱动端泄漏气流量，正常值N11Nm3/h，高报值H=20Nm3/h。2、操作步骤2

17、.1打开阀门V5、V6、V9、V10、V14、V15、V18、V21、V22、V23、V26、V27、V28以及所有仪表根部阀、三阀组（高低压端平衡阀关闭）。注意：节流阀V20、V25的开度出厂时已设置好，无需调整。2.2关闭阀门V1、V3、V12、V7、V8、V11、V16、V17、V19。2.3 给所有压力变送器、差压变送器、压力开关、流量变送器上电。2.4确认无误后按照顺序缓慢打开V1、V3给控制系统供气，5分钟后如无异常则关闭阀门V23、V28，流量计FT2780、FT2781投入使用。此时观察其数值，如流量超过0.5Nm3/h，说明密封静压有问题，应分析原因，直至问题解决。2.5 当

18、差压变送器PDT2781显示值为大于0.03MPa，压力变送器PT2782显示值为大于0.02MPa时机组即可运转，但暖机转速不得低于1000r/min，时间也尽可能的短。压缩机运转正常后，缓冲气压力、一级泄漏气流量及压力处于稳定状态。如出现数值偏大甚至报警时，应仔细检查控制系统各阀门的设置和各仪表读数并结合机组运转状况作出分析判断。2.6过滤器用差压变送器PDT2780高报时（H=0.08MPa），应缓慢打开V7、V8或V16、V17，关闭V5、V6或V14、V15，切换使用过滤器FL3、FL4或FL6，并更换原过滤器滤芯。注意：缓冲气过滤器（FL1、FL2、FL3、FL4）为手动排凝，应不

19、定时巡检排凝,排凝周期根据现场气体条件以及运转初期的排凝情况确定,而氮气过滤器（FL5、FL6）为浮球式自动排凝。四、干气密封的安装与拆卸干气密封属于精密部件，不正确的安装与拆卸容易造成密封的损坏或寿命的缩短。该干气密封的第一次安装必须由我公司派专业人员至现场指导进行。该密封为集装式结构，通过安装板将动、静部分连接在一起，安装时不需要分解，可直接整体从轴端装入机组壳体内，然后取下安装板即可，安装简便可靠且定位准确。注意：干气密封的现场安装一般放在压缩机在现场空试后，机组安装及机械性能没有问题后再进行干气密封的安装。同时，要保证干气密封装入后现场气源不间断，以便对干气密封进行气密试验及相关负荷试

20、验。1、安装前对密封的检查 干气密封通常在使用前都存放了一段时间，安装前需要进行密封的转动检查和浮动性检查。图纸参照干气密封装配图（附图一、附图二）。1.1 动静环之间转动检查1.1.1 将密封置于清洁的装配平板上，安装板（件28）朝上，垫高弹簧座（件10），使密封的转动部分悬空。1.1.2 取下安装板。1.1.3 按密封外部所标注的旋向转动轴套，如能自由转动认为合格。如感觉转动阻滞，可能是密封端面积聚了水气或油膜，需拆开作清洁。1.2浮动性检查1.2.1 将密封置于清洁的装配平板上，安装板朝下并取下安装板，垫高弹簧座，使密封的转动部分悬空。1.2.2用双手均匀的逐渐加力压下轴套，至压不动为止

21、。此时密封弹簧受到压缩。1.2.3快速放开双手，如轴套能迅速跟随弹起回复到开始的位置，即可认为正常。如弹起较慢或无法弹起，则应将密封分解作进一步检查。 检查完成后，重新装上安装板。2、安装前的准备工作2.1 在密封装入机组前，必须确保干气密封系统与机组之间的所有管道已连接完毕。并对机组上所有与干气密封有关的管道进行彻底吹扫（尤以缓冲气进气管道为主），以防止管道内焊渣等固体杂质进入密封腔。吹扫气体必须干净、干燥，气体清洁度不低于3m，每根管道的吹扫时间不低于4小时，吹扫结束后管道内部不允许有任何颗粒杂质、油污存在。注意:一般在配管结束后,应对新配管路进行酸洗、蒸汽吹扫，风吹干，保证用白布拖后管子

22、内壁无任何杂质，污点。焊接采用氩弧焊，焊接前对所有的切口要进行打磨，并且焊接时管道内充氩保护。2.2 彻底清洁安装密封所经过的腔体及轴表面，不得有任何颗粒杂质、锈斑、油污等。2.3 仔细检查安装密封所经过的腔体及轴的边缘，锐边应倒钝，表面不得有毛刺、划痕等缺陷，空试机组并紧螺母有无问题（防止运输中出现碰撞变形）。2.4 仔细检查密封壳体外部及轴套内部的0形圈，如有缺陷应及时更换。2.5转子的轴向定位：确认主轴的轴向位置为工作时的位置，即推力轴承未取下时的状态。而且须将转子固定，要保证密封在安装过程中以及安装到位固定好后，转子不可再有轴向位移。通常先安装推力轴承端的干气密封,可保证另一端密封安装

23、位置准确。2.6转子的径向定位：由于安装、拆卸密封时需卸下轴瓦，转子失去轴瓦支撑将会造成与机壳的不同心，无法安装密封。所以要用专用工具将轴抬升并固定在中心位置上（专用工具如马架由厂方自备，也可用手动葫芦）。在密封安装时及装至轴上后，应使用该专用工具保持主轴在中心位置，并在轴瓦换上后才可去掉。2.7 在转子置于工作位置下仔细测量密封腔的安装尺寸，确保密封腔与主轴的相对位置关系与图纸所标注（107mm）相符。如有偏差，可通过改变调整垫片（件26）的厚度来进行调整，以保证安装尺寸与图纸吻合。2.8确认密封壳体上标注的旋转方向与主轴的旋向一致。2.9用记号笔在主轴上从传动销的轴向中心线位置开始沿轴向画

24、一条直线，并将其一直延伸到腔体外至少50mm处。该直线可作为传动键周向位置的参考线。2.10用记号笔在密封压紧套（件8）的端面上沿径向画一条直线，并使其与密封轴套（件1）上键槽中心线的周向位置一致。该直线可作为确定键槽周向位置的参考线。 2.11 适当抹少量硅脂润滑剂于O形圈外表面上，注意不可用黄油或其他润滑油替代。多余的硅脂应该擦去，以防止密封安装过程中润滑剂进入密封区域。3、密封的安装注意：在安装过程中,根据实际情况确定何时需要拆下或装上径向轴瓦以及固定转子的轴向、径向位置，图纸参照干气密封装拆工具图（附图四、附图五），详细步骤参照装拆步骤示意图（附图六SNS0717-001-ZC-00）

25、。3.1采用手动盘车的方法确保主轴上传动销位于正上方，并采取措施将轴的周向位置予以固定。先将调整垫片装到转子上，再将导向螺杆与腔体连接。3.2从主轴末端小心缓慢地装入密封，装入时防止其他杂质进入轴套或发生碰伤。在确定密封的周向位置（即确保密封、转子上的两条参考线均在同一铅垂面内）后将密封套上导向螺杆。注意:将密封推入的过程中,要防止轴套内孔与机组转子表面发生碰撞,冲击,尤其防止轴套O形圈与机组转子的螺纹发生擦挂,导致O形圈损坏,同时防止轴上有脏东西落入轴套内部,使得安装过程中拉伤轴套。3.3将机组转子用抬轴器抬起，保证转子在中心位置。在密封安装时应使用工具保持主轴始终在轴中心位置，再次确认密封

26、、主轴上的参考线均在同一铅垂面内后，同时旋转两根螺杆上的螺母，缓慢地将密封顶至工作位置处。注意在旋紧螺母时务必保持两侧用力均衡，防止用力不均导致腔体和密封拉伤。3.4 密封顶入到位后，拆去导向螺杆和密封安装板。3.5 将连接螺钉（件15）装入并拧紧。安装连接螺钉时注意不可漏装垫片（件17）。3.7 将并紧螺母（件11）旋入机组转子上，保证旋紧力矩为400N.M，并且螺纹上要打螺纹防松胶。再次检验安装尺寸，确认无误后方能结束密封安装工作。3.8 重复以上程序装入另一端密封。4、密封的拆卸4.1 拆掉并紧螺母。拆去密封与腔体的联接螺钉。4.2 装上密封安装板（件28）。4.3 将两根装拆用螺杆连接

27、在密封的弹簧座上。4.4 用专用工具将压缩机主轴固定在轴中心位置上。旋转两根螺杆上的螺母，均匀平稳地从腔体中拉出整套密封。拉时注意两侧用力均衡，防止用力不均导致密封和腔体表面拉伤。4.5 小心地从轴端取下整套密封。五、干气密封的操作与维护1、干气密封启动程序1.1 机组润滑油系统投用前，先开启干气密封控制系统，并按照先缓冲气、后隔离气的顺序开启。1.2在压缩机出口关闭的前提下，通入缓冲气（可以建立起压力），对密封进行静压试验。此时流量计FT2780、FT2781读数应为0。如流量超过0.2Nm3/h，应分析查找原因。1.3确认隔离气的压力(PT2782)为30KPa，如有偏离则需调整节流孔板O

28、R2的旁通阀V19以满足设定值。1.4静压试验通过后，按照前述的控制系统操作步骤将控制系统投入使用，检查各测点参数情况，应在正常工作范围内。此时密封及系统准备就绪。1.5按照机组操作说明启动润滑油系统。1.6按压缩机操作规程启动压缩机。压缩机开车升速时密封泄漏量会逐渐增加，至机组稳定后，密封泄漏量会趋于稳定。注意压缩机的最低转速不得低于1000r/min。2、 干气密封工作时的维护干气密封设计的适用范围较宽，正常情况下不需要维护。一般应每天观察密封泄漏量。泄漏量如有增加的趋势，则预示着密封有失效的可能。通常应注意以下几点：2.1该干气密封是单向旋转的，绝对禁止反向旋转。同时应避免在小于5m/s的低速下长时间运转。这两种情况均有可能损坏密封。2.2确保缓冲气流量的稳定。维持缓冲气的稳定和不间断是干气密封正常运行的基本条件。2.3随时监控缓冲气泄漏量的变化情况。泄漏量的变化直接反映出干气密封的运行状态。引起泄漏量变化的因素很多，如工艺气的波动、轴窜、喘振、压力、温度和转速的变化等。只要不持续上升，则认为密封运行正常；但如泄漏量出现不断上升的趋势