加氢裂化装置循环氢压缩机干气密封讲义

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1、干气密封原理及应用干气密封一、干气密封的工作原理（一）、概述干气密封是一种新型的非接触式轴封，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。由于干气密封属于非接触式密封，基本上不受PV值的限制，因此干气密封特别适合作为在高速高压条件下的大型离心压缩机轴封。干气密封的出现，是密封技术的一次革命，气体密封的难题从此得以解决，而不再会受到密封润滑油的限制。其所需的气体控制系统比油膜密封的油系统要简单得多。与浮环密封相比，干气密封有以下主要优点：l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。l大大减少了计划外维修费用和生

2、产停车。l避免了工艺气体被油污染的可能性。l密封气体泄漏量小。l维护费用低，经济实用性好。l密封驱动功率消耗小。l密封寿命长，运行可靠。（二）、干气密封的工作原理与其它机械密封相比，干气密封在结构方面基本相同。其主要区别在于，干气密封的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，干气密封能在非接触状态下运行就是靠这些浅槽在运转时产生的流体动压效应使密封面分开。干气密封端面的槽形主要分单旋向和双旋向两大类。干气密封原理及应用单旋向槽型只可使用于单向旋转的机组，在要求的旋向下才可产生开启力，如反转则产生负的开启力而可能导致密封的损坏。但相对于双旋向的槽型，它可形成更大的开启力和气膜刚度

3、，产生更高的稳定性而更可靠的防止端面接触。故在很低的转速下和较大的振动下也可使用。在目前的压缩机组上使用最多。常见的主要有以下几种：双旋向槽型无旋向要求，正反转皆可使用。机组的反转不会造成密封的损坏。其使用范围较单旋向槽宽，但其稳定性、抗干扰能力较单旋向差。常见有以下几种：通过对干气密封各种槽型的反复试验，对比研究，最终确认在同样的工作参数下，以螺旋线设计的槽型具有最大的气膜刚度的同时仅有较小的泄漏量。即具有最大的刚漏比。下面主要介绍这种槽型。干气密封原理及应用下图所示是典型的干气密封螺旋槽端面的示意图。密封面上加工有一定数量的螺旋槽，其深度小于10微米。密封运转时，被密封

4、气体周向吸入螺旋槽内，径向分量由外径朝中心（即低压侧）流动，而密封坝限制气体流向低压侧。气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩，在槽根部形成局部的高压区，使端面分开3微米而形成一定厚度的气膜。在此厚度气膜下，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。为了获得必要的流体动压效应，动压槽必须开在高压侧。下图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保证密封运转的稳定性的。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

5、膜厚度变小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力FO大于闭合力FC，端面间隙自动加大，直至平衡为止。干气密封原理及应用反之，密封受到干扰气膜厚度增大，则端面间的压力就会降低，这时，闭合力FC大于开启力FO，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。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，即干气密封具有自我调节的功能而保证运行稳定可靠。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。（三）、干气密封的典型结构对于不同的工况条件，可采用不

6、同的干气密封总体结构形式。实际应用中，干气密封有下面四种结构形式：干气密封原理及应用1、单端面密封单端面密封主要用于不属于危险性的气体，即允少量介质气体泄漏到大气环境中的场合。密封所用气体为工艺气本身。国内引进机组中的二氧化碳压缩机多用此种类型。2、串联密封（9）串联式干气密封是一种操作可靠性较高的密封结构，典型应用是允许少量介质气体泄漏到大气中的工况。在石油化工企业的引进机组中使用较多。干气密封原理及应用一套串联式干气密封可看作是两套或更多套干气密封按照相同的方向首尾相连。与单端面结构相同，密封所用气体为工艺气本身。通常情况下采用两级结构，第一级（主密封）密封承担全部负荷

7、，而另外一级作为备用密封不承受压力降，通过主密封泄漏出的工艺气体被引入火炬燃烧。剩余极少量的未被燃烧的工艺气通过二级密封漏出，引入安全地带排放。当主密封失效时，第二级密封可以起到辅助安全密封的作用，可保证工艺介质不大量向大气泄漏。在压力很高的场合，需要采用三级串联式密封，其中前两级密封分担总的负荷，第三级作为备用密封和阻塞密封。3、中间带迷宫的串联密封如果工艺介质不允许泄漏到大气中且也不允许缓冲气泄漏到工艺介质中的工况，此时串联结构的两级密封间可加迷宫密封。用于易燃、易爆、危险性大的介质气体，可以做到完全无外漏。如