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1、,透平压缩机干气密封结构原理与 使用使用,目录,1、干气密封概述2、干气密封的定义及特点3、干气密封结构4、干气密封工作原理5、系统操作、维护注意事项,干气密封概述,干气密封发展史,1969年，英国约翰克兰公司在气体润滑轴承的基础上提出干气密封理论并开始 从事干气密封的研究。1976年，约翰克兰公司设计制造的第一套干气密封在海洋平台输气管线离 心压缩机上得到使用。1979年伽布利尔做出平面惠普尔螺旋槽气体密封，并发表非接触式螺旋槽 端面密封原理的文章。1985年美国杜拉美特立公司掌握干气密封技术并开始制造干气密封 1987年、1988年德国的伯格曼和美国公司开始从事干气密封生产制造。19881
2、990年石油大学（华东）顾永泉、王建荣等首先研制和试验了泵入式 圆弧槽气体端面密封获我国国家实用型专利 1992年，成都一通密封有限公司开始从事干气密封研究工作，并在离心泵、离心压缩机、搅拌器上逐渐得到应用。,干气密封的应用,2023/4/10,干气密封的定义及特点,定义干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简称。特点以气封气、非接触、气膜润滑、低功耗、长寿命、高可靠性、低运行维护费用。干气密封目前最先进的高速透平压缩机轴端密封型式，是设计院、主机厂和终端用户首选的大机组轴端密封型式。,2023/4/10,干气密封典型结构及材料,2023/4/10,干气密封材料,旋转环碳化钨/碳化
3、硅/合金钢静止环碳石墨/碳化硅+碳/碳化硅+DLC金属件410不锈钢/316不锈钢/哈氏合金/其它弹簧哈氏合金C,2023/4/10,干气密封材料,静环材料（接和环）碳石墨浸金属浸树脂(如强腐蚀性介质)碳化硅+碳/碳化硅+涂层(如超高压),2023/4/10,干气密封材料,动环材料（接和环）碳化钨钴基、镍基碳化硅反应烧结（不用）常压烧结（或称无压烧结）液相烧结 超高压,2023/4/10,干气密封材料,碳化钨（钴基）韧性好强度高钴基不耐腐蚀镍基抗腐蚀性较好碳化硅抗腐蚀性好易碎 怕磕碰、易缺边,2023/4/10,干气密封典型结构,特点：与高速机械密封相比，密封面宽、旋转环（硬环）密封面刻有微米
4、量级的动压槽，密封面分为槽区和坝区两部分。,2023/4/10,干气密封的优点,干气密封最初是为解决高速离心压缩机轴封问题而出现的，由于密封非接触运行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，特别适合作为高速、高压设备的轴封。随着干气密封技术的日益成熟，其应用范围也越来越宽广，目前，干气密封正逐渐在离心泵及搅拌器上得到应用。总之，凡使用机械密封的场合均可采用干气密封。与机械密封相比，干气密封具有如下优点：密封使用寿命长、运行稳定可靠；密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小；可实现介质的零逸出，是一种环保型密封；密封辅助系统简单、可靠，使用中不
5、需要维护；,干气密封工作原理,干气密封即干运转气体密封，是一种新型非接触式密封。该密封利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。典型的干气密封结构如图 所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈以及弹簧座和轴套组成。,左图 所示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微米左右。气体
6、动力学研究表明，当干气密封两端面间的间隙在23微米时，通过间隙的气体流动层最为稳定。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。,2023/4/10,双向槽泵送原理,旋向,气体向中心泵送,气体受压，压力升高，产生间隙,密封坝,圆弧槽泵送原理,V形槽,T形槽,螺旋槽,枞树形槽,U形槽,2023/4/10,干气密封受力图,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
7、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。,影响干气密封性能的主要参数,干气密封动压槽形状密封端面的流体动压效应与槽形有关。干气密封端面的流体动压槽有多种形式，如螺旋槽、人字形槽等适用于轴单向旋转的槽型，有T形槽、枞树形槽等适用于轴双向旋转的槽型。,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，对数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，及干气密封的稳定性最好。,单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽 优点：动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力强。缺点：不能反转。双向
8、槽：枞树、T、双L 优点：可以长时间反转；缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小，抗外界扰动能力 较弱。推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。,单向槽与双向槽的比较,2023/4/10,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一般在310微米。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。干气密封动压槽数量、动压槽宽度、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，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
9、定的影响。密封介质压力对泄漏量的影响不难想象，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。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。,气体压缩机密封,一台典型的透平压缩机包含两个介于介质轴承之间的集装式干气密封。,2023/4/10,干气密封静密封点,离心压缩机单端面干气密封控制系统,2023/4/10,系统表盘,增压泵,增压泵,增压泵工作原理,离心压缩机用干气密封执行标准,压缩机干气密封设计制造按照API617标准执行压缩机干气密封试验按照API
10、617标准执行压缩机干气密封控制系统设计制造按照API614标准执行,2023/4/10,2023/4/10,离心压缩机干气密封形式,离心压缩机、风机输送的介质为气体，根据不同工况条件，可采用以下几种密封形式：单级干气密封单级干气密封主要用于中低压条件下，允许少量工艺气泄漏到环境中的场合。适用介质：空气、N2、CO2、蒸汽等对环境无污染介质。,2023/4/10,双级干气密封密封采用双端面结构，密封气为外部引入的气体，密封气压力应高于工艺气体压力0.20.3MPa;该结构适用于有毒、可燃或工艺中含有颗粒的气体。密封非接触运行，具有很长的使用寿命（5年以上）及很低的功率消耗。双端面干气密封结构主
11、要用于输送有毒、易燃、易爆气体的场合。该类密封一般采用氮气作为阻封气体。,2023/4/10,系统操作、维护注意事项,干气密封系统维护干气密封在正常的操作条件下，干气密封不需要任何维护，只需对密封气出口压力或是流量进行监测，建议每天记录数据，如果压力值或者是流量值在不断的变化，则预示着干气密封的主密封可能出现问题。,2023/4/10,干气密封使用注意事项,串联式干气密封使用中应注意以下几个方面：1、密封气气量供应应该充足，但是偶然的供气不足或断气，对该串联式干气密封的影响不会太大，若持续时间太长，会影响干气密封的使用寿命。2、密封的泄漏，主要是通过监测单元的压力表来显示。压力表值偶然变化较大
12、时，这可能是由于工艺波动、轴的移动、压力、温度或速度波动所引起，不会影响密封正常使用。然而压力表值的变化趋势可以预测到密封的问题。3、在运行过程中，需保证介质的压力高于干气密封密封腔的压力 因为反压可导致主密封的损坏。,2023/4/10,注意事项,双端面干气密封使用中应注意以下几个方面1、密封气的气量供应必须充足，且密封气压力必须高于介质压力 0.20.3MPa。一旦密封气供应不足或是断气，将会造成密封的损坏。所以建议把干气密封控制系统中的备用气源管线连接在备用氮气源上。2、密封的泄漏，主要是通过监测单元的流量表来显示。流量表值偶然变化较大时，这可能是由于工艺波动、轴的移动、压力、温度或速度
13、波动所引起，不会影响密封正常使用。3、进入密封的气体应是清洁干燥，以保证最佳的性能，延长使用寿命。4、少量的润滑油或其他液体进入干气密封端面，会对密封造成危害，但应尽量避免该情况的发生。,2023/4/10,泄漏量 每个端面单位为标准立方米/小时,2023/4/10,密封运行中的常见问题,正常情况下，干气密封端面温升能达到达到20以上，如果此时密封气中大量带液，必然对密封环产生热冲击，导致密封环破裂。如果密封气中带有少量液体的话，则通过密封端面的密封气的粘度增加，气膜剪切力增大，导致端面温升增加。因此，密封气带液对干气密封危害是比较大的。在高压条件下，密封气带液的情况比较常见。解决办法：1、大
14、多数过滤系统可带走0.1%液体，对于含液量高的，应增加预过滤。2、冷却密封气，通过降温排凝将密封气中重组分去掉后，再加热密封气，保证进入密封腔的气体不产生凝液，建议进入密封的气体应至少高于露点20。,2023/4/10,案例分析,2006年由成都一通密封有限公司生产的干气密封在扬子石化45万吨/年乙烯装置心脏设备-二元制冷压缩机上一次装机开车成功。本次国产干气密封一次运行成功是在国外著名密封公司的产品连续两次出现密封失效的情况下取得的。问题:原密封开车后,非驱动端干气密封损坏.分析:密封气与平衡管压差小,6KPa,工艺波动,介质反串,脏介质进入密封部位.设备轴向串量大,密封补偿量不够.改进:提
15、高密封气与平衡管压差25KPa,密封设计保证串量和浮动性.单向旋转螺旋槽保证动压效应.,2023/4/10,石家庄炼油厂J-5火炬气螺杆压缩机干气密封,改造情况说明石家庄炼油厂J-5#螺杆压缩机为德国进口双螺杆压缩机组，主要承担火炬气回收，原机械为单端面机械密封，2006年投入运行，密封使用二个月损坏，由于进口密封价格昂贵并且周期太长，严重制约了设备的正常运行，于2007年初交由我公司对其密封进行干气密封改造。改造前介质较脏、压缩机内有不断循环的冷却油，机械密封的介质为油、气混合物，这是造成密封使用寿命不长的主要原因。改造后做到与不改变原设备，与原机械密封完全互换。采用的双端面干气密封，使介质
16、零泄漏，使装置安全、环保。密封使用寿命大大延长，提高了装置的平衡性的和长周期性。率先把干气密封这一新技术成功的利用螺杆压缩机、罗茨风机这类设备中，为此类设备最为薄弱的环节-密封，提供了一种更为先进、可靠、长周期解决办法，使密封与设备同寿命成为可能。,2023/4/10,干气密封应用前景,干气密封是二十世纪八十年代发展起来的一种新型密封，是流体密封领域的一次革命。干气密封的出现，从根本上解决了被输送流体的密封问题，可以做到真正意义上的无泄漏，其环保意义非常深远。干气密封的节能效果使其成为旋转机械轴封的首选。干气密封可以做到-与设备同寿命 在工艺允许的情况下，干气密封可以应用到所有旋转机械的轴 封
17、上面,2023/4/10,干气密封综合性能分析软件-功能,压力、温度、转速、气体组份、材料、槽形、密封几何形状,输入,输出,密封面间隙、泄漏量、摩擦、功率、温升、气膜稳定性,膨胀机干气密封检测,2023/4/10,膨胀机干气密封检测,2023/4/10,膨胀机干气密封内部结构,2023/4/10,膨胀机干气密封密封隔离气充注点,2023/4/10,重点掌握内容,干气密封的定义及特点：干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简称。以气封气、非接触、气膜润滑、低功耗、长寿命、高可靠性、低运行维护费用。干气密封工作原理：干气密封即干运转气体密封，是一种新型非接触式密封。该密封利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。系统操作、维护注意事项：干气密封在正常的操作条件下，干气密封不需要任何维护，只需对密封气出口压力或是流量进行监测，建议每天记录数据，如果压力值或者是流量值在不断的变化，则预示着干气密封的主密封可能出现问题。,2023/4/10,谢 谢,2023/4/10,
