干气密封基本原理及常见故障分析及应对措施

1、干气密封基本原理及常见故障分析及应对措施干气密封的定义及特点干气密封的定义及特点 1. 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。2. 特点以气封气、非接触、气膜润滑、功耗低、寿命长、可靠性高、运行维护费用低。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。Major Components (Barrel Type)CasingInner CasingSuctionDischargeEnd CoverDiffusersReturn ChannelsRadial BearingThrust BearingSealShaftIm

2、pellersBalance Piston干气密封的工作原理干气密封的工作原理干气密封基本原理干气密封基本原理当端面外侧开设有流体动压槽（当端面外侧开设有流体动压槽（2.510µm）的动环的动环旋转旋转时，流体动压槽把外径侧（称之为上游时，流体动压槽把外径侧（称之为上游侧）的高压隔离侧）的高压隔离气体泵气体泵入入密封密封端面之间，由外径至端面之间，由外径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至内径内径处气膜处气膜压力逐渐下降，因端面膜压增加使所形成的开启力压力逐渐下降，因端面膜压增加使所形成的开启力大于作用在密封环上的闭合力，在大于作用在密封环上的闭合

3、力，在摩擦副摩擦副之间形成之间形成很薄的一层气膜（很薄的一层气膜（13µm）从而使密封工作）从而使密封工作在非接触状态下。所形成的气膜完全阻塞了相对低在非接触状态下。所形成的气膜完全阻塞了相对低压的密封介质泄漏通道，实现了密封介质的零泄漏压的密封介质泄漏通道，实现了密封介质的零泄漏或零逸出。或零逸出。 干气密封典型结构及材料干气密封典型结构及材料干气密封基本原理干气密封基本原理干气密封典型结构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）密封面刻有微米量级的动压槽，密封面分为槽区和坝区两部分。 旋转环碳化钨 / 碳化硅 静止环碳石墨/ Cranite 2000

4、金属件410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它 弹簧哈氏合金C干气密封材料 静环材料（Face） 碳石墨浸金属 (T28AT & XP)浸树脂 (如强腐蚀性介质)Cranite 2000 (如高压 T28EXP)干气密封材料 动环材料（SEAT） 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 高压 (XP/EXP) 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、易缺边干气密封材料 单向螺旋槽双向螺旋槽 工作原理John Crane动环槽形动环槽形其他公司的专利槽形其他公司的专利槽形 Bu

5、rgmann Flowserve单向单向V型槽型槽双向双向U型槽型槽双向双向T型槽型槽干气密封与机械密封的本质区别干气密封与机械密封的本质区别 - - 气膜气膜人的头发人的头发静环静环动环动环气膜厚度气膜厚度3-5 um螺旋槽螺旋槽旋向旋向气体向中心泵送气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙气体受压，压力升高，产生间隙密封坝密封坝 旋向旋向气体向中心泵送气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙气体受压，压力升高，产生间隙密封坝密封坝双向螺旋槽螺旋槽及气膜的形成螺旋槽及气膜的形成气体向中心泵送气体向中心泵送气膜刚度气膜刚度 （形成的气膜所具有的弹性）（形成的气膜所具有的弹性）- 单向螺旋槽

6、单向螺旋槽 v 双向螺旋槽双向螺旋槽改进型改进型双向螺旋槽双向螺旋槽CSTEDY 计算计算 气膜厚度气膜厚度 改进型双向螺旋槽改进型双向螺旋槽New BD vs. UD : Seal Size 5.687New BD vs. UD : Seal Size 5.687Leakage vs. PressureLeakage vs. Pressure05101520253035404550556065707505101520253035404550Pressure barGLeakage std.l/minSpiral N=5000Spiral N=10000rpmBD N=5000rpmBD N=

7、10000rpm单向螺旋槽单向螺旋槽 与与 改进型双向螺旋槽（改进型双向螺旋槽（ 5.687” ）泄漏量与压力关系曲线泄漏量与压力关系曲线单向槽与双向槽的比较l 单向槽：螺旋槽、V型槽 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。 l 双向槽：枞树、U型槽、T型槽 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。 推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。工作原理工作原理 (正常间隙正常间隙)闭合力闭合力开启力开启力压缩压缩膨胀膨胀气膜厚度约气膜厚度约 0.003mm弹簧力弹簧力和背压和背压工作原理工作原理 (间隙减小间隙减小)闭合力闭合力开启力增加开启力增加o

8、ZdFKdh 气膜刚度：气膜开启力的变化与膜厚变化的比值气膜刚度越大，密封工作越稳定。工作原理工作原理 (气膜厚度增加气膜厚度增加)闭合力闭合力开启力减小开启力减小 干气密封常见故障及应对措施 干气密封常见故障干气密封常见故障1.密封反转以及低速工况。2.后置隔离密封失效,外侧密封被污染。3.压缩机前置迷宫失效,密封污染。4.开停车处理不当,密封污染。5.正常运行时,过滤系统失效,密封污染。6.密封供气系统故障(压力中断、带液),引起密封失效。7.压缩机振动过高造成密封失效。8.现场误操作。9.端面反压。10.仪表失效。1.1.密封反转以及低速工况。密封反转以及低速工况。密封反转即压缩机反转，

9、对于双向旋转的干气密封来说不会瞬间损坏干气密封，但对于单旋向干气密封来说，由于无法形成气膜，摩擦副贴合在一起短时间即可磨损 应对措施：一方面尽可能靠近压缩机的吸入口和排出口安装单向阀，避 免压缩机出现过大的反向压差；另外一方面在压缩机充压时 避免逆向充压，充压时缓慢升压，使系统压力处于平衡状态。n 低速工况即暖机时压缩机的升速以及压缩机停车时的降速，如果长时间低速工况，由于当压缩机转速低于某一值时（不同干气密封，密封开启转速不一样）摩擦副处于闭合状态，长时间及出现磨损损坏 应对措施：严格按照制造厂给定的升速曲线进行升速，一方面不要随意更 改升速曲线，保证低转速的运行时间；另一方面在工艺允许的

10、情况下，尽可能减少启停机次数。 2.2.后置隔离密封失效后置隔离密封失效, ,外侧密封被污染。外侧密封被污染。轴承油污染密封的方式 液位（淹） 回油视窗回油波动明显，油量很大 液滴（喷溅） 有一定的油量 油雾（扩散） 油量很小轴承油污染密封的原因设计方面 轴承腔排空不畅(呼吸帽过滤网堵塞) 气体设计流速低造成气量过小 迷宫齿数或间隙不合适 孔板设计过小 系统控制问题轴承油污染密封的原因操作方面 氮气波动或供气中断 开停车操作顺序错误 误操作，如进气阀门被关闭等轴承油污染密封的方式轴承油污染密封的方式 应对措施：巡检时注意回油情况，提前发现处理应对措施：巡检时注意回油情况，提前发现处理 轴承回油

11、管路不畅轴承回油管路不畅轴承与密封距离太近轴承与密封距离太近 隔离气中断隔离气中断隔离气中断，润滑油反窜到密封腔，隔离气中断，润滑油反窜到密封腔，密封严重污染，造成密封泄漏。密封严重污染，造成密封泄漏。3.3.压缩机前置迷宫失效。压缩机前置迷宫失效。干气密封的前置密封失效，导致一级密封气大量泄漏至缸体内，一级密封摩擦副反压而损坏 应对措施：控制压缩机的振动，如振动 超标，及时停机检修，避 免梳齿磨损；另一方面对 一级密封泄漏量要保持警 惕，对于密封泄漏量小时， 要及时分析判断原因。 梳齿磨损梳齿磨损4.4.开停车处理不当开停车处理不当, ,密封污染。密封污染。 在对机组准备开车，进行充压前,必

12、须先通过控制系统注入开车用密封气。避免工艺气反窜造成密封的污染。 在停车过程中，未及时切换气源，造成工艺气反窜污染密封。 在停车期间，因操作等原因造成密封污染。应对措施：严格遵守操作规程进行规范操作5.5.正常运行时正常运行时, ,过滤系统失效过滤系统失效, ,密封污染。密封污染。 密封气严重带液，超出过滤器处理能力。 过滤器堵塞后未及时切换，造成滤芯破损。气源中含大量的细粉，其粒度小于过滤器的精度，超出了过滤器的处理能力，但因量大，对密封及系统均造成影响。应对措施：根据介质特性，及时进行相关检查，判断带液情况；严密关注过滤器压差值，对于压差异常的要及时检查清理或更换6.6.密封供气系统故障密

13、封供气系统故障( (压力中断、带液压力中断、带液),),引起密引起密封失效。封失效。气源异常中断，在压缩机开车阶段，密封气采用外引密封气，一 旦中断，极有可能引起干气密封失效 应对措施：采取措施确保人员不要由于误操作，而引起气源中断， 设计时，尽可能采用独立供气气源，阀门设置清晰， 确保不容易引起误操作密封气带液则极有可能破坏气膜，损坏干气密封 应对措施：对于容易带液的介质，确保其供气温度，或在入口设 置分液罐7.7.压缩机振动过高造成密封失效。压缩机振动过高造成密封失效。机组振动过高，容易引起气膜的不稳定，极易使动静环发生碰撞，很容易损坏 应对措施：对于振动超标要及时停机检修，避免事故扩大8

14、.8.误操作。误操作。误操作情况较多，比如误关阀门，误开阀门，未按规程进行流程切换和操作，内操经验不足，仅通，过单一参数判断下一步的操作，导致机组的联锁或损坏 应对措施：内外操操作人员要熟悉干气密封的各项控制参数，要 熟悉干气密封的原理，要掌握简单的故障判断和排除 方法，由于各个密封控制系统不尽相同，操作人员在 进行相关操作时，务必要内外操进行协同，切忌单方 面进行操作9.9.端面反压。端面反压。引起端面反压的情况较多，如二级密封注入量过大，火炬背压高，一级密封梳齿泄露量大、一级密封注入量小等 应对措施：熟悉干气密封的原理，对于现场出现的异常情况，准 确判断，及时进行相关调整10.10.仪表失效仪表失效