干气密封原理及使用

干气密封原理及使用 烯烃组于建丰 4 7 2020 1 1 干气密封的发展2 干气密封的特点及技术3 干气密封的结构及原理4 几种常见的干气密封5 反再机组采用的干气密封6 干气密封的使用及注意事项 4 7 2020 2 最早的离心式压缩机常用的轴封方法有 迷宫密封 机械密封和浮环密封 又称油膜密封 但是随着科学技术的发展 发现上述三种密封技术存在着共同的缺点 1 密封油站费用高 2 操作麻烦 3 运行费用高 4 可靠性差 4 7 2020 3 一 干气密封的发展 干气密封是20世纪60年代末期在气体动压轴承的基础上通过对机械密封进行根本性改进发展起来的一种新非接触式密封 实际上主要就是通过在机械密封动环上增开了动压槽以及随之相应设置了辅助系统而实现密封端面的非接触运行 英国的约翰克兰公司于上世纪70年代末期率先将干气密封应用到海洋平台的气体输送设备上并获得成功 干气密封最初是为解决高速离心式压缩机轴端密封问题而出现的 由于密封非接触式运行 因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制 特别适合做为高速高压设备的轴端密封 目前诸多大型离心式压缩机轴封均采用了干气密封技术 我部门的大型机组也选用了此技术 4 7 2020 4 1 干气密封的由来这是由于在压缩机密封端面存在着气膜而不是液膜 所以成为气体机械密封 在国外成为DryGasseals 意思是无液体润滑的气体密封 直译为中文就是干气密封 4 7 2020 5 二 干气密封技术的特点 2 干气密封的特点 非接触式密封 动静环被气膜隔开 操作能耗极小 属于节能型密封 使用寿命较长 省去了庞大的密封油系统 降低了成本 操作简单 可靠性高 运行费用和维修费用较低 占地面积小 结构复杂 技术难度大 要求制造和安装精度高 气源清洁度高 4 7 2020 6 三 干气密封技术基本结构原理 4 7 2020 7 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 如下图所示 4 7 2020 8 动环 4 7 2020 9 旋转方向 旋转方向 4 7 2020 10 4 7 2020 11 4 7 2020 12 基本原理 随着转子转动 气体被向内泵送到螺旋槽的根部 根部以外的一段无槽区称为密封坝 密封坝对气体流动产生阻力作用 增加气体膜压力 该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽 这些反向螺旋槽起着反向泵送 改善配合表面压力分布的作用 从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力 反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝 对气体流动产生阻力作用 增加气体膜压力 配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离 保持一个很小的间隙 一般为3微米左右 当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时 便建立了稳定的平衡间隙 4 7 2020 13 4 7 2020 14 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 即干气密封具有自我调节的功能而保证运行稳定可靠 4 7 2020 15 4 7 2020 16 干气密封图片实例 单端面干气密封 双端面干气密封 串联式干气密封 带中间进气的串联式干气密封 4 7 2020 17 四 干气密封的型式 4 7 2020 18 1 单端面干气密封 TM02B 单端面干气密封适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况 如二氧化碳压缩机 氮气压缩机等 4 7 2020 19 2 双端面干气密封 TM02A 双端面干气密封相当于面对面布置的两套单端面密封 有时两个密封分别使用两个动环 它适用于没有火炬条件 允许少量阻封气进入工艺介质中的情况 在两组密封之间通入氮气作阻塞气体而成为一个性能可靠的阻塞密封系统 控制氮气的压力使其始终维持在比工艺气体压力高0 2 0 3MPa的水平 这样密封气泄漏的方向总是朝着工艺气和大气 从而保证了工艺气不会向大气泄漏 双端面干气密封可以用在绝大多数离心泵的轴封上 4 7 2020 20 双端面干气密封的特点 1 用 气体阻塞 替代传统的 液体阻塞 原理 即用带压密封气替代带压密封液 保证工艺介质实现 零逸出 2 整套密封非接触运行 其功率消耗仅为传统双端面密封的5 使用寿命比传统密封长5倍以上 流程 4 7 2020 21 3 结构简单的辅助系统 保证工艺介质不受污染及工艺介质不向大气泄漏 彻底摆脱了传统双端面机械密封对油系统的依赖 4 密封气采用氮气或仪表空气 其压力高于介质0 2 0 3MPa 5 需要一定压力的气源 气源压力至少高于介质压力0 2MPa 6 双端面干气密封缺点 有微量气体进入工艺 4 7 2020 22 4 7 2020 23 3 串联式干气密封 TM02C 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而构成的 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 密封承担全部或大部分负荷 而另外一级作为备用密封不承受或承受小部分压力降 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 它适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况 4 7 2020 24 如果遇不允许工艺介质泄漏到大气中 且也不允许阻封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H2压缩机 H2S含量较高的天然气压缩机 乙烯 丙烯压缩机 氨压缩机等 4 7 2020 25 4 7 2020 26 4 带中间进气的串联式干气密封 TM02D 该结构所用主密封气除用工艺气本身以外 还需另引一路氮气作为第二级密封的使用气体 通过一级密封泄漏出的工艺气体被氮气全部引入火炬燃烧 而通过二级密封漏入大气的全部为氮气 当主密封失效时 第二级密封同样起到辅助安全密封的作用 4 7 2020 27 一级密封气的作用 阻止压缩机气体外漏污染密封端面 对密封端面起润滑 冷却等作用 一级密封气绝大部分经过迷宫返回到机内 少量气体经过密封端面泄漏到第一级密封排气腔 4 7 2020 28 五 干气密封流程讲解 二级密封气的作用 阻止从一级密封端面泄漏的少量介质气体进入二级密封端面 并保证二级密封安全可靠运行 二级密封气大部分气体与一级密封端面泄漏的少量介质气体通过一级密封放空火炬腔体进入放空火炬管线 只有少部分通过二级密封端面进入二级密封放空腔体后 与部分后置隔离气高点放空 4 7 2020 29 后置隔离气的作用 保证二级密封端面不受压缩机轴承润滑油气的污染 其中一部分气体通过后置密封内侧梳齿迷宫与从二级密封端面泄漏的少部分密封气高点放空 另一部分气体通过后置密封外侧梳齿迷宫经轴承润滑油放空口放空 4 7 2020 30 以产品气压缩机的干气密封系统为例 4 7 2020 31 1 干气密封的投用步骤及方法a 在投用干气密封前 应该检查确认所有现场压力 流量仪表及变送器根部阀打开 b 投用后置隔离气 油运开始前十分钟投入后置隔离气 注意 在正常运行时不可中断后置隔离气 压缩机停车后 后置隔离气必须在油运停止且回油管路无油流动至少十分钟后方可切断后置隔离气 4 7 2020 32 六 干气密封的使用及注意事项 c 投用一级干气密封 理论上是应该在压缩机进工艺气或者气密性试验之前投用 但根据操作经验和实际情况可以考虑在暖管结束后投用 一般选择开速关阀之前投用 d 一级密封气投用后 投用放火炬管线 e 放火炬管线投用后 投用二级密封气 f 当压缩机正常运转出口压力稳定后切换一级密封气源 注意切换时开工艺气阀和关氮气阀应同时进行 确保密封气压力稳定 停用步骤 当压缩机停机后转速为零时 可以停用一级 二级干气密封 4 7 2020 33 2 注意事项a 压缩机组投入气体前 必须首先投入一级密封气 以防机内气体污染一级密封端面 当压缩机停运 机内气体排净之后方可关闭一级密封进气 b 投用过滤器时应先缓慢打开过滤器出口阀 再缓慢打开进口阀 以防过滤器进 出口阀打开过快 对过滤器滤芯造成瞬间压力冲击而损坏 正常工作状态下过滤器滤芯工作周期最长为一年 4 7 2020 34 c 更换过滤器滤芯时 应先缓慢打开备用过滤器进 出口球阀 投用备用过滤器 然后再关闭需更换滤芯的过滤器进 出口球阀 进行滤芯更换 用于一级密封气源过滤的过滤器更换滤芯前 需打开底部阀门泄掉过滤器腔体内的压力 然后松开终端活