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2013 年 8 月 与 建 材装 饰 干气密封在甲醇合成压缩机中的应用 邓友财 （重庆工业设备安装集团有限公司重庆市 渝中区400014） 摘要： 甲醇合成气具有易燃易爆易中毒的特点， 所以它的密封工作不容忽视。 近两年来， 在甲醇合成压缩机中运用干 气密封技术取得了不错的效果。 本文即介绍了干气密封技术的结构和特点。 干气密封运行相对周期较长， 符合安全稳定的 长周期运行要求， 可以给公司创造较大的经济效益。 关键词： 干气密封； 甲醇合成； 压缩机 中图分类号： TH452文献标识码： B 文章编号： 1673-0038 （2013） 24-0181-02 引 言 为了更好的解决密封问题，干气密封技术于上世纪 70 年代 由英国约翰克兰公司推出。干气密封的结构和普通泵用的机械 密封基本相同， 也有静环、 动环、 弹簧和辅助密封圈等， 不同的是 干气密封的密封端面间存在着气膜而不是液膜，所以干气密封 也可称为气体机械密封。 在国外称为 Dry Gas seal， 意思是无液体 润滑的气体密封， 或简称为干式密封。 1 干气密封系统的结构 干气密封系统的结构是由以下部分组成的。一般来讲， 典型 的干气密封结构包含有静环、 动环组件 （旋转环） 、 副密封 O 形 圈、 静密封、 弹簧和弹簧座 （腔体） 等零部件。静环位于不锈钢弹 簧座内， 用副密封 O 形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环 与固定在转子上的动环组件配合， 如图 1 所示。 在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独 特的方法。静环配合的表面非常平而且光洁， 但是动环组件配合 的表面则有很多螺旋槽， 配合表面平面度和光洁度很高， 动环组 件配合表面上有一系列的螺旋槽， 动环组件螺旋槽旋向如图 2。 2 干气密封的典型结构 2.1 单端面干气密封 单端干气密封一般在空气、 氮气、 二氧化碳机组中使用， 用于 密封失效时允许少量介质气泄漏到大气中的场合。 2.2 双端面密封 双端面密封必须允许微量氮气进入进组， 主要用于压力不高 的有毒、 易燃、 易爆气体， 适用于机组入口负压或者压力较低的 情况。 2.3 串联密封 串联密要中要适用于允许少量介质气泄漏到大气中的场合， 一般只在改造机组中应用， 压力比较高。 2.4 带中间迷宫的串联密封 带中间迷宫的串联密封的结构复杂，但是其可靠性比较高， 目前在中高压的离心压缩机轴封中已成为标准配置。该密封结 构用于易燃、 易爆、 危险性大的介质气体。可以做到工艺介质不 会泄漏到大气中， 引入的外来气源也不泄漏到工艺介质中。一般 用在循环氢压缩机、 天然气压缩机、 乙烯、 丙烯、 氨压缩机， 合成 气压缩机等。 3 干气密封的原理 随着干气密封动环的转动，内泵送将气体送入螺旋槽的根 部， 那么密封坝就是在根部以外的一段无槽区。密封坝的作用是 加大气体流动的阻力， 使气体膜压力增加。在密封坝的内侧有着 很多的螺旋槽， 但它们是反向的。这些反向螺旋槽能够起到加大 开启静环与动环组件的能力的作用。在反向螺旋槽的内侧同样 有一段密封坝。静环与动环组件由于动、 静环配合表面间的压力 脱离， 留有一个约为 3滋m 的间隙。 如果气体膜的开启压力等于由 气体压力和弹簧力产生的闭合压力的时候，便会产生稳定的平 衡间隙。 如图 3 所示， 气体压力和弹簧力形成闭合力 Fc， 端面间的压 力分布对端面面积积分形成开启力 Fo。一般在平衡条件下的时 候， Fc=Fo， 运行间隙大约为 3滋m。但是假如受到干扰密封间隙减 小， 端面的压力就会随之升高， 这时， FcFo， 端面间隙自动加大， 直 到密封达到再次平衡。 反之也一样。 这种机制将在静环和动环组件 之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得一般的协力运行条 件下端面能保持分离、 不接触、 不易磨损， 延长了使用寿命。 图 1 静环与固定在转子上的动环组件配合 图 2 动环组件螺旋槽旋向示意图 工艺与设备 181 2013 年 8 月 与 建 材装 饰 4 干气密封的主要特征与优点 4.1 干气密封的主要特征 干气密封的特征主要有以下五个： 淤允许最大的轴向窜量为 正负 2.53mm、 最大径向跳动为正负 0.40.6mm； 于干气密封能 够在全压下启动， 停车， 具有极低的工艺气泄漏； 盂干气密封能 够承受速度和压力的快速变化； 榆由于其非接触运行， 使用寿命 比较高； 虞集装式设计易安装， 保护关键密封组件。 4.2 干气密封的优点 干气密封系统具有很多其它密封系统不具备的优点， 其省去 了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负载， 大 大减少了计划外维修费用和生产停车及油品的贮藏。而且能够 避免工艺气体以及润滑油被油污染的可能性，而且密封气体泄 漏量小， 对工况变化适应能力强。在进行干气密封维护的时候， 其维护费用相对较低， 具有经济实用的特点。另外， 干气密封驱 动功率小， 但是密封使用寿命长， 运行稳定可靠。 5 干气密封的控制系统 5.1 控制系统的作用 控制系统能够为密封提供干燥、 干净的气源， 并且时刻监测 密封的使用情况。 5.2 干气控制系统流程基本单元 干气控制系统流程基本单元如下： 一级密封气 （工艺气） ， 气 源寅过滤单元寅调压寅送入密封腔； 二级密封气， 隔离气 （氮气） 稳定气源寅过滤单元寅调压寅监测压力、 流量寅送入密封腔； 一 级泄漏气 （氮气与工艺气混合气体） 从机组引出寅监测压力、 流 量寅送入火炬 （或者安全排放） 。 6 干气密封在甲醇合成压缩机中的应用 6.1 密封安装 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， 要尽可 能满足干气密封装入后现场气源不间断，可以对干气密封进行 气密试验及相关负荷试验。在进行密封安装时， 由于其装配关系 复杂， 清洁程度要求高等， 非专业厂家不可随意分解。在运输， 安 装， 拆卸的时候均需要定位板。另外， 由于其对腔体与轴的相对 位置关系要求高， 需提前确认相关尺寸， 必要时加垫片调整。安 装时需保持转子与机壳的同轴度，同时需将转子周向、径向固 定。一般先安装推力盘端， 可保证另一端密封安装位置准确。对 于密封腔及各进出气管的清洁度要高于油管的要求，不可用黄 油润滑， 应采用专用硅脂。密封装入机组取下定位板后， 转子轴 向位移不可超过 2mm。 6.2 系统安装 现场所有与干气密封控制系统连接的所有新配管路材料应 全部为不锈钢。焊接应采用氩弧焊， 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。对与现场公用工程连接的管 路配管时， 必须考虑增加低点排凝阀门， 并且在靠近控制系统处 增加切断阀和就地压力表， 方便操作。所有新配管路可以在现场 无干涉拆下， 方便进行管路处理。配管结束后， 建议应对新配管 路按照先酸洗、 后高压蒸汽吹扫， 最后风吹干的顺序进行处理， 保证用白布拖拉管道内壁无任何杂质， 污点。所有新配管路必须 保证单独断开吹扫干净后， 方可与密封控制系统法兰对接。吹扫 气体必须干净、 干燥， 气体清洁度不低于 10滋m， 每根管道的反复 吹扫时间不低于 2h。 配管结束后， 建议对新配的工艺气以及高压 管线进行打压以及探伤处理 7 干气密封的操作及维护 干气密封的投用原则： （1） 开机： 先投用干气密封控制系统， 然后再投机组润滑油系 统。其中密封控制系统先投用一级密封气， 在投用二级密封气、 最后隔离气的顺序。 （2） 停机： 先停机组润滑油系统， 约 20min 后先停隔离气， 后 停二级缓冲气， 最后停一级缓冲气。其中如果机壳内带压， 则一 级、 二级缓冲气都不可以关闭直至机内无压。 在进行安装和维护的时候， 禁止机组反转， 因为密封的流体 动压槽为单向螺旋槽。氮气源不可以中断， 否则密封会损坏。确 保一级缓冲气流量的稳定。维持一级缓冲气的稳定和不间断是 干气密封正常运行的基本条件。随时监控一级缓冲气泄漏量的 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 度和速度的变化等。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， 则预示着干气密封出现了故障。 过滤器压差达到报警值时应及时切换过滤器， 并更换滤芯。压缩 机开机时暖机转速不低于 1000r/min， 并且尽可能缩短暖机时间。 对于串联式和单端面结构要求压缩机带压开车，具体压力比开 车氮气压力低 35bar 左右。 8 结束语 本文介绍了干气密封系统的结构和特点， 并且介绍了干气密 封在甲醇合成压缩机中的应用， 突出了干气密封的优点。干气密 封提高了密封工作的工作质量和工作效率， 应该不断得到推广。 参考文献 1田英男， 吴学军， 李慧涛.干气密封在高粘度重质油离心泵上的应用J. 乙烯工业， 2009 （02） . 2金春媛， 林承跃， 刘 点， 田吉风.干气密封在高温泵上的应用J