干气密封损坏的故障分析

摘 要：干气密封是一种磨损量小、泄漏率低和使用寿命长的新型非接触式机械密封，正在逐步取代其他形式的机械密封，本文介绍了干气密封的结构、基本工作原理及干气密封的故障分析。

关键词： 干气密封；故障分析

在现代石油化工工业中，有很多易燃、易爆、有毒、有害的介质，一旦大量泄漏， 后果不堪设想。干气密封作为一种新型非接触型机械密封，其特点是低磨损、低泄漏和寿命长，所以其应用范围也较为广泛。

1 干气密封简介

1.1 密封结构

干气密封的结构与普通机械密封基本相同，也由动环（旋转环） 、静环、补偿机构、密封圈和轴套等组成。干气密封的动环的光洁度及平面度非常高，而且在其端面上加工一些特种槽，主要有圆弧槽、直线槽型和T 型槽型等[1] 。

1.2 干气密封基本原理

当设备旋转时密封气体被泵入到动环密封面所开的槽根部， 根部没有槽的地方为密封坝，由于密封坝的节流作用， 增加进入密封面的气体的压力，在该气体膜压力的作用下， 使得动、静环密封面脱离， 产时一个很小的缝隙。当气体压力、弹簧力形成的闭合力与气体膜压力达到平衡时。动静环密封面处便会形成一层非常稳定且厚度一般在3μm左右的气膜， 该气膜能够保证密封的正常运转。在稳定状态下， 作用在密封面的弹簧力和介质压力之和等于气体膜压力，气膜是在设计工作间隙内工作。当受到外力干扰时，使得动、静环密封面间隙逐渐降低， 气膜的厚度也在减小， 与此同时气膜的压力在增加， 使得密封端面间隙增大， 恢复到平衡状态。反之， 密封气膜厚度再逐渐增大， 则气膜压力就会变小， 密封面间隙恢复到正常值。由于动、静环密封面是分离状态没有接触，所以不会轻易导致密封损坏。

2 干气密封故障分析

干气密封使用过程中，造成故障的原因很多，大致分为以下几种：

2.1 设备机械振动引发干气密封损坏

设备安装时主轴的跳动值，各汽、油封以及轴瓦的间隙值是否合适，设备操作过程中出现的波动等，都会影响干气密封体的正常使用，甚至导致密封损坏而泄漏。设备的推力瓦间隙值应小于干气密封的要求值，否则会造成气膜间隙不稳定或大或小，从而引起密封弹簧力不能够在正常的范围内工作，导致弹簧断裂。转子的径向轴瓦的间隙值的大小也是非常重要的，必须符合设备检维修相关技术规范要求，这样可保证设备在运转过程中密封气膜面积的稳定性。另外，干气密封径向轴承和机体腔内相连处的迷宫式密封间隙也非常重要，它直接影响到干气密封体是否能够形成独立的运行环境。

2.2 干气密封系统内有杂质会导致密封损坏

由于干气密封面的工作间隙一般为3μm，所以必须保证干气密封系统内无杂质，尤其是第一次投用密封时更是非常重要。干气密封系统的清洁是指流经系统内的清洁气体以及整个本体系统。本体系统一般指机体上各个连接管线与密封的连接处以及干气密封的系统管线。在干气密封安装时和设备运行前，必须对密封腔体及相连的气孔以及系统管线使用干燥的氮气吹扫干净确保整个密封系统清洁无杂质。对于出现的杂质用和好面沾净，最后用白丝布检查，严禁任何水、油污物和机械杂质存在；密封控制柜和干气密封体之间的所有系统管线必须使用不锈钢材质，而且要使用清洁剂浸泡或清洗，然后使用氮气吹扫干净，最终通过技术手段检验系统的清洁度[2]。

2.3工艺参数的改变引起系统的波动导致密封损坏

在设备整个工艺流程的操作过程中，偶尔会由于系统上工艺参数的变化，致使设备运行情况发生改变，这些工艺上波动会给密封带来不同程度的损伤甚至损坏。工艺运行的不稳定因素，会使机体密封腔内气体的流量和压力发生较大变化，到达一定程度时，机体腔内气体的最高压力可能会比密封气体压力高出许多，这样会导致干气密封的密封面内存在部分颗粒物质抑或杂质，因密封面间隙非常小使得密封面出现损伤。此外，设备工艺上波动也会引起设备发生喘振现象，设备发生喘振对整个机组系统的运行非常不利危害也是非常大，与此同时也会影响干气密封的正常运行。

2.4 干气密封系统本身的不稳定因素

干气密封的工作原理是在动、静环密封面形成气膜，气膜必须在在有稳定的压力以及流量的前提下，通过设计好的螺旋糟才能够形成。一般在现场设计中，会利用来自设备系统外的氮氣和来自设备出口的气体实现干气气源在实际操作中压力和流量的稳定性。与此同时，会在干气密封上设置两个合适的过滤器，一个正常使用，一个处于备用状态，由此可知，如果能够保证干气密封的气源流量和压力的稳定，密封失效的现象发生非常少，多数是由于工艺上的误操作所致。

2.5 设备启停过程与突发状况的处理

设备启用或者停车过程是一个动静的转换过程，也是工艺介质状态的转变过程。设备一般在启用或者停运前，都会对系统内的气体进行置换，置换气体的过程中要时刻监控好气体流量和压力，步步确认，防止流量或压力的增加导致气体轴向泄漏量加大，致使动静环的外作用力突然加大，损伤干气密封。相比较来说，突发状况导致设备紧急停车对设备本体及干气密封的伤害更大，所以要严格执行紧急停车的操作规程，防止出现错误的操作致干气密封受到损伤或者损坏。

3 结束语

干气密封的故障分析，应基于其基本结构及工作原理。同时我们一定也要熟悉设备的结构、工作原理及工艺条件，才能将故障诊断分析的越来越精确，确保干气密封正常运行。

参考文献

[1] 林峥.使用密封手册[M].上海：上海科学技术出版社，2008.

[2] 周国良等编.化工设备技术问答丛书———技术问答[M].北京：化学工业社，2009.

作者简介

隋健（1983-），男，汉族，，黑龙江省哈尔滨人，毕业于辽宁石油化工大学，过程装备与控制工程专业，工程师，主要从事炼油设备管理工作。