干气密封技术研究现状及发展趋势

2015-03-23张云洪内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司内蒙古赤峰025350

化工管理 2015年27期

关键词：干气端面密封

张云洪（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古赤峰 025350）

与其他的非接触型密封技术相比，干气密封的介质泄露可能性几乎为零，是一种环保性能极佳的技术，其密封功率消耗不足接触性密封技术的5%，在工业体系应用中不存在任何的不利影响，因此得到了广泛的研究和应用。

1 干气密封工艺的工作原理

1.1 原理分析

密封工艺虽然不是现代工业中领先的技术构成，但往往发挥着关键性作用，如在航天航空、军事国防、核能等高科技应用领域，以及化工、石油、煤炭等国民支柱产业中，密封工艺的落后会造成整体技术性的功能滞后。

单纯地就轴端密封技术而言，我国经历了迷宫密封、浮环密封、机械密封和干气密封几个重要阶段，其中干气密封的优势明显强于其他密封形式。

从工作原理角度分析，干气密封工艺其实是一种润滑性气膜流体的动静压力结合形式、非接触式机械密封与气体阻塞密封的结合。在构成上包括外环（动环）、静环、O形环、弹簧、转轴、组装套等，工作频度较高的是动环和静环，通过在端面上的均匀分布浅槽配合。

以较为常见的螺旋槽面干气密封工艺为例，当密封部分发生旋转时，密封气体被吸入到螺旋槽内，径向分量从外径向中间流动，随即密封坝开始限制气流向低压侧运动，整个旋转槽面被压缩；而在干气密封轴承端的槽根部位，此时形成了高压局部区，在气膜产生的开启力和弹簧、介质之间达到闭合力平衡，从而形成非接触型密封运转。

1.2 结构分析

干气密封结构设计取决于气体的组成成分，也受到气体压力、工艺情况和生产环境的影响，尤其对工业生产中的副产品和废弃物有较多的限制要求。按照我国当前普遍采用的干气密封形式，主要有三种类型，分别是单端面密封结构、双端面密封结构和串联式密封结构。

其中，单端面密封结构也被称之为单级密封，广泛地应用在各类压缩机中，如空气、氮气、二氧化碳等，具有很高的稳定性，一些小型化工企业内部使用较为合适，对于危险性较小的副产品气体允许有一定的泄露。

双端面密封结构要求选择压力较高的缓冲介质，或者生产中缓冲气体带有危害性，应该考虑使用这种设计。压缩机在真空环境的运转中采用双端面密封工艺可以提供性能可靠的密封系统，确保有毒气体、易燃易爆气体的不外泄。

串联式密封结构应用十分普遍，较为经济适用，操作工序也十分简单，其一般形式是采用多个干起密封端体首尾相连，分级承担密封负载。这种形式没有一定的应用标准，可以根据具体工业生产需求来设计规模。但通常情况下会采用两级划分的格局，第一级用来承受全部压力和负载，第二级作为备用部分，确保不会向大气中泄露。

2 干气密封工艺的研究现状和趋势

就研究现状而言，国内的研究对象集中在干气密封的原理、设计理论、系统优化等理论方面，如:密封端面摩擦性能研究、干气密封结构研究（机械密封部分）、密封结构现代设计、绝热研究以及气膜稳定性计算等。结合现状出发，国内的研究主要存在以下问题:

首先，基础研究工作薄弱。由于干气密封工艺是一种引进技术，在国内缺乏必要的基础理论，工业应用的出发点是生产的适应性，因此大多采用引进技术和设备的方案，很少主动进行技术研究。国内主要有高校和研究机构开设研究课题，但国外干气密封产品生产企业对技术资料的严密封锁，对我国的基础性研究十分不利。同时，我国在关于密封性技术的研究人员培养上也缺乏竞争力，资料少、文献少、专利少是典型的劣势特征。

其次，密封材料性能较差。国内一些企业通过购买专利技术生产干气密封设备，但由于材料选择缺乏科学标准，其产品质量并不乐观。从检测结果来看，普遍存在材料不稳定的特点，对耐腐蚀性、耐酸碱性等不能满足要求。

再次，产品结构陈旧落后。国内工业体系中的密封结构大多没有进行更新，甚至停留在上世纪50年代，缺乏对新科技、新技术和新工艺的认知应用。造成这问题的原因，与我国密封产品的生产条件和固有工艺落后有关。

干气密封技术的显著特点是非接触性，由于密封内部的端面不存在任何摩擦，整体的辅助系统实施简单，因此得到了快速的推广和应用；同时，干气密封的免维修期较长，使用寿命周期可观，不需要额外的润滑剂和冷却系统，可以有效节约生产成本，减少工业系统的介质复杂度。

从未来的发展趋势来看，主要工作将集中在干气密封总体设计结构、材料和计算理论三个方面；对泄漏量控制提出了更高的要求，同时要求环保效能提升，提高流体机械效率，并最大限度的降低能量损耗。