了解循环氢压缩机的干气密封系统[1]

1、了解干气密封随着石油化工行业对离心压缩机的性能要求越来越高,对轴封的要求也越来越严格。过去,国内使用较多的是机械浮环组合密封或者是双端面机械密封,它们都是通过密封润滑油来达到密封气体的目的。这类密封有一个很大的缺点,即要求有复杂的密封油系统,能耗较大,而且必然有少量的密封油泄漏后进入工艺气体。干气密封的出现,是密封技术的一次革命,气体密封的难题得以解决,而不会再受到密封润滑油的限制。干气密封所需的气体控制系统比接触式密封的油系统要简单得多目前我车间5300#、5400#装置的循环氢压缩机是采用的干气密封方式，一套加氢和二套加氢经改造也都采用了干气密封系统，因此了解干气密封结构和工作原理，对提高

2、压缩机组操作水平和维护能力是很有帮助的。我们先来看看循环氢压缩机的结构示意图：上图中间部分为压缩机体，两边蓝色部分为密封系统，黄色部位为支承和润滑系统。我们知道循环氢压缩机干气密封系统采用的密封气体就是循环氢压缩机出口的循环氢气或者是新氢压缩机出口的补充氢气。首先我们要弄懂的问题就是，既然是用循环氢出口的工艺气体如何密封住它自身的泄漏？见下图：上图中密封气从压缩机的两个密封面注入，密封气体是循环氢出口的部分氢气经过过滤净化后注入，左侧为循环压缩机的入口端，压力较低些，密封气可以由迷宫面进入机体的低压端内，但是右侧的高压端，因为密封气是用循环机出口的氢气做气源，经过过滤后，压力肯定低于压缩机出口

3、侧的压力的，因此密封气是无法进入机体内的。解决办法，见下图：上图在压缩机最后一级叶轮的外侧（高压侧）加了一个平衡鼓，平衡鼓的外缘和机壳之间有迷宫密封，平衡鼓内侧高压介质气体通过迷宫密封泄漏到外侧的平衡室，平衡室通过一根平衡管连接到了左侧的平衡室，左侧平衡室直接和循机入口相连，这样由平衡鼓迷宫密封泄漏出来的介质气体被直接排放到了循环机的入口，因此，左右两个平衡室的压力就基本等于循环机入口的压力，我们再从平衡室外侧注入密封气体，两边的密封作用就基本相同了。平衡鼓还有个主要作用就是通过设计平衡鼓的直径，改变平衡鼓截面积的大小，控制平衡鼓内外两侧的压力大小，来平衡掉因压缩机转子向出口侧（向右侧）推送介

4、质气体而受到的向左的反作用力。密封气向机体内侧流动的问题解决了，那么向外侧的泄漏密封面怎么解决呢？像前面那样用迷宫密封方式是不行的，迷宫密封的间隙很大，密封气向机体里流动没有造成氢气损失，也不会造成有毒有害或者形成爆炸气体的危险，但是向外泄漏大量的气体就会造损失和危险，因此要采用更好的密封技术。如下图：在密封槽向外侧泄漏的方向上，采用了螺旋槽密封环的气膜密封技术。典型的干气密封结构如下图所示,由旋转的动环、静环、弹簧、密封圈以及弹簧座和轴套组成。旋转环实物图：上图所示为干气密封旋转环示意图, 转动环一般由 碳化钨或碳化硅制成。 静止环一般由碳石墨制成。旋转环密封面经过研磨、抛光处理,并加工出有

5、特殊作用的流体动压槽。干气密封旋转环以一定的转速（一般大于1000rpm）旋转时,密封气体被吸入动环压槽内,由外径朝着中心。径向分量朝着密封坝流动。由于密封坝的节流作用,进入密封面的气体被压缩,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3m 左右。气体动力学研究表明,当干气密封两端面间的间隙在23m 时,通过间隙的气体流动层最为稳定。这也就是为什么干气密封气膜厚度设计值选定在23m 的主要原因。当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时,该气膜厚度稳定。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)

6、,密封工作间隙为设计间隙。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,闭合力大于开启力,密封面合拢恢复到正常值。因此,只要在设计间隙范围内,当外部干扰消失以后,气膜厚度就可以恢复到设计值下图为密封组件的剖示图：上图为整个干气密封系统内部气体流向图。主密封气进入密封槽后大部分通过左侧的迷宫密封流进了压缩机的平衡室，只有不到十分之一的气体从右侧通过动环和静环之间的间隙泄漏到排气室，与后一级密封泄漏过来的氮气一起由排出口排去火炬系统。二级密封气（氮气）与主密封原理相同，进入密封室后大部分气体从左侧的迷宫

7、密封泄漏至左侧的排气室与主密封气泄漏出来的气体一道从排口排至火炬线，很小部分的的二级密封气从右侧的二级密封动、静环之间的间隙泄漏出进入二级排气室，与隔离气泄漏过来的氮气一起从二级排出口排至大气。微正压的隔离气（氮气）从隔离腔注入，一部分向左通过迷宫密封流至二级密封排气室，与二级密封泄漏出来的少量氮气一道，从排出口排至大气。另一部分沿轴向窜出,随轴承处润滑油呼吸口排至大气中，以防止外侧润滑油系统的油串入密封系统。干气密封的气体工艺流程及控制系统干气密封的气体工艺流程如上图所示。压缩机排气端的密封口N1 通过平衡管连接到进气端的密封口N2，这样就使两个密封装置(进气端、排气端) 内侧有相似的压力（

8、前面已经讲过）。平衡室D1 通过管子连接，将密封参考气压力引到密封气压差控制器，控制A1 处密封气压力高于D1 处压力50kPa 。主密封气源来自循环机出口或者补充氢压缩机出口，通过两组过滤器，保证主密封气体的洁净度为1m，然后经控制阀将A1点压力调至参考值10kPa200kPa 。主密封气流量通过流量计前的截止阀来控制，B1 为一级密封气泄漏排放口，由管线引出后分两路，一路通过限流孔板后走流量计(为密封泄漏量报警提供一次参数)，排放至火炬线。另一路通过一个防爆膜也接至火炬线，防爆膜平时是不通的，当排气室的压力超过设计的最高压力值时，防爆膜会破裂将气体泄放至火炬线，从而保护排气室的压力不会超高

9、。二级密封气（氮气）通过一组过滤器，同样控制气体内的颗粒物小于1m，然后通过一个自力控制阀将C1点的压力稳定控制在设定值，然后面分为两路，一路直接做为二级密封气，走流量计，通过流量计前的截止阀调节进入二级密封定的流量。另一路通过限流孔板以微正压进入压机隔离腔内。E1口为二级密封泄漏气排放口，它是二级密封和隔离气泄漏出的少量氮气，所以至大气中。隔离气（氮气）由二级密封气源经过限流孔板以微正压进入隔离腔，一部分从迷宫密封泄漏至二级排气室与二级密封泄漏气从E1口排出，另部分沿轴向窜出,随轴承处润滑油呼吸口排至大气中。一加氢、二加氢装置的干气密封系统没有二级干气密封组件。增压泵的的作用是当主密封气源压

10、力过低，当与平衡管的压差低于计定的最低值时，启动增压泵，以维持干气密封系统正常工作。增压泵的动力（不是被增压介质）用的是装置的氮气，过滤后受电磁阀控制，当A1点和D1差压检测表小于0.05Mpa时打开并保持，当高于0.11Mpa时关闭并保持。5、干气密封维护的注意事项(1) 密封气必须保持干净、干燥；(2) 密封气的压力必须高于被密封介质的压力；;(3) 润滑油运行前必须先投隔离氮气和密封气；(4) 应避免转子在低于1000r/ min 的转速下连续转动,以保证在动、静环间形成一个稳定的气体膜；(5) 防止机组转子倒转,螺旋槽的设计具有方向性。气体只有沿螺旋槽设计方向进入,才能产生开启力,使动

11、、静环脱离接触。如果机组转子倒转,则会导致动、静环直接接触发生干摩擦,产生大量的热,很快就会把密封烧坏。我们几套装置循环氢压缩机干气密封参数：密封气参数装置名参数名称仪表位号正常值高报警值联锁值一加氢主密封气流量(NM3/h)160密封气压差(Mpa)0.2低报0.10.05泄漏气压力(Mpa)0.160.280.34泄漏气流量(NM3/h)6.813.616.6隔离气压力(Mpa)0.02隔离气流量(NM3/h)10二加氢主密封气流量(NM3/h)300低报150密封气压差(Mpa)0.2低报0.1增压泵0.05泄漏气压力(Mpa)0.10.30.4泄漏气流量(NM3/h)102030隔离气压力(Mpa)0.01隔离气流量(NM3/h)155300#主密封气流量(NM3/h)17560密封气压差(Mpa)0.010.01泄漏气压力(Mpa)0.060.140.31泄漏气流量(NM3/h)53940隔离气压力(Mpa)0.010.005-隔