关于干气密封在离心压缩机上的应用研究

徐岩

（大庆炼化公司化工生产一部丙烯腈作业区，黑龙江 大庆 163411）

转动机械设备在不断应用过程中，最必不可少的就是密封。随着社会经济的不断发展、人们生活水平的不断提升，人们对密封的应用要求也在进一步提高。密封实际效果的好与坏，会直接影响整个转动机械设备，尤其是处于特殊的介质状态，如果发生了相关问题，就会直接影响密封的正常运行，导致安全事故的发生概率进一步增加。常见的密封形式有干气密封、机械密封、迷宫密封、填料密封等，密封种类多种多样，优缺点也各不相同，本文着重介绍干气密封在离心压缩机上的应用。

1 干气密封原理和特点

1.1 原理

在干气密封中，包含很多基本原件，与一般的集装式机械密封一样，主要有动环、静环以及弹簧等，但干气密封在端面设计方面有所不同，在动环组件的配合表面上，存在很多的螺旋槽，基于主轴转动，由外向内输送气体到螺旋槽的根部位置。除根部以外位置，均属于无槽区，称为密封坝。密封坝最大的作用，是可以有效地阻止气体的流动，使气体膜压力提升。除此以外，在密封坝的内侧位置，还存在很多的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽不但可以对配合表面的压力分布进行有效的改善，还可以实现反向泵送，进而使静环和动环组件的能力进一步加强。此外，在反向螺旋槽内侧位置，也存在密封坝，可以有效地阻止气体的流动，使气体膜的压力进一步增加。对于气体压力和弹簧力这两者实际产生的闭合压力完全等于气体膜的开启压力时，一种相对稳定的平衡间隙得以建立。形成一个稳定的密封区域，有效地阻止介质外漏，达到密封的效果。

1.2 特点

对于干气密封的动环而言，主要是将具备较好刚性和高硬度的碳化钨材料应用进来，进一步制造而成，在旋转轴上固定；对于静环而言，则将具备自润滑性且具备较软特性的碳石墨材料应用进来，进一步制造而成，并且在不锈钢夹持套中安装进来。由于主轴的旋转，带动动环旋转，但静环并不随之旋转，以此形成动、静环相对运动，密封可以基于弹簧力和介质力的双重作用下，进一步做轴向移动。干气密封不但可以使工艺管路密封油污染得到有效的消除，还能使装置效率得到显著的提升。具体特点如下：第一，就是可以使工艺气的损失进一步降低；第二，实际的工艺气不会出现任何的油污染问题，避免发生密封油腐蚀现象；第三，就是可以节省油消耗和运输成本；第四，其不但具备可靠性的特点，而且实际的使用寿命还非常长；第五，就是可以使能量的消耗得到有效的降低；第六，可以很大程度地减少维护；第七，提高安全性能。

2 干气密封技术的应用分析

2.1 干气密封的结构

干气密封件的结构组成内容非常多，不但有活动环，还有固定环和定位环，不仅如此，还有轴套和弹簧座。对于固定环而言，其主要的固定位置，就是不锈钢弹簧座，会将具备自润滑性能且非常软的碳石墨作为材料应用在那里。对于静环而言，其不会随着轴的转动而旋转，而是基于介质和弹簧的压力作用，朝着轴的方向进行移动。正常情况下，在制作动环的过程中，需要将两个材质应用进来，首先是钨，其次就是碳化硅硬质合金，不但具备非常好的刚度和硬度，而且耐磨性也非常好。对于动环组件而言，一般都是加工成为特定形状的浅槽，并且都是经过螺旋加工而成。在靠近内径侧的动环，可以称为密封坝。在旋转的过程中，通过外径，密封气体会被吸进，通过中心，进一步进入动压槽，并且在密封坝将径向元件引入进来。而密封坝又可以起到重要的节流作用，可以对密封表面的气体进行压缩，进而达到增加压力的目的。与此同时，在螺旋槽的根部进入气体，并且同时被密封坝所阻挡，将气钉和弹簧力结合在一起，当实际的关闭压力与气膜的打开压力，进而形成相对稳定的间隙。

2.2 干气密封的失效、泄漏分析及相应对策

（1）结构设计方面的问题。对于气体的静态压力而言，其与弹簧力进一步形成的闭合力，在一定情况下，要匹配气体膜的反作用力，所以，在设计干式气密封的过程中，可以保证实际的气体膜厚度适中保持在2～3微米。如果实际的结构并不适合，则在动环旋转的过程中，就会出现各种各样的问题，如间隙过大，进而出现密封件泄漏的问题；又或者是出现间隙过小的问题，进而出现干摩擦。此外，在设计动环槽的过程中，一般会将螺旋槽应用进来，而且通过旋转的方式，实际引发的动压效果也会最大，因此，实际获取的干气密封气膜本身的刚性和密封性也就最大。此外，根据相应的研究进一步发现，如果在设定槽壁厚度的过程中，将其与气膜厚度相同的顺序进行同步设定，则可以达到最大的气膜密封刚性。

（2）安装干气密封的失效原因。干气密封对比普通的集装式机械密封，有极大的不同，在移动环和固定环的配合表面之间，干气密封要具备间隙，而且要达到一种稳定状态，正常情况下，都会非常薄。而实际的干气密封间隙大约是3微米。所以，要对干气密封的静环和动间的清洁度进行有效保持，与此同时，还要保证端面的干燥性。对于干气密封件而言，其之所以会发生故障，主要原因，就是密封件受到了污染，而出现的污染源，就是设备之中流入的工艺气体等，当外部的气体在进入到封闭腔体时，就会产生明显的固体颗粒，这对干气密封的正常使用会造成极大的影响。干气密封的安装及使用过程中要对清洁性和干燥度进行特别注意，保证安装环境的清洁性得到始终保持，特别是在安装的整个过程，相关操作人员必须要佩戴干净的手套，而且在安装完成之后，要清理干净密封孔，避免出现任何杂质。

（3）密封供气系统失效原因。在动环和静环之间，干气密封的间隙大约为3微米。对于间隙部位，主要是通过密封气体达到密封的目的，但是这对于实际的密封气体供应系统提出了非常高的要求。不论是在安装过程中，还是在使用过程中，都要始终保证干气密封件的干燥性。在应用该方法的过程中，不论是密封气体的压力，还是流量，都不可改变。与此同时，在全面进入到密封面之前，要对气源缓冲罐进行安装，与此同时，还要将粗和细滤器安装进来，避免密封面位置进入任何的杂质和液体，确保在密封气体之中，含有的杂质可以不超过具体要求的值。在实际操作的过程中，要对主密封气体的温度进行适当的提升，还要定期的切水，对主密封气体的冷凝水进行蒸发，避免产生冷凝水。

（4）开车、停车对于干气密封的影响。在启动和停止离心压缩机的过程中，整体的速度非常慢，而且动环和静环这两者具备相互接触的特点，整体形成的气膜厚度并未达到相应的标准，这使密封表面的磨损进一步增加，与此同时，干气密封在长期运行的过程中，要尽可能的避免长期低速运行状态，与此同时，相应的设备在停止或者运行时，都要将压缩机曲柄应用进来，对机器进行全面的保护。如果将干气密封应用在离心压缩机组中，则离心压缩机的启动过程，应该保证在10分钟内完成。除此以外，离心压缩机组的停机次数应尽可能的减少，只有如此，才能使形成的气膜稳定，使动环和静环表面的摩擦进一步减少。

（5）干气密封失效的其他原因。在离心压缩机的运行过程中，会发生不同程度的振动问题，而干气密封需要承受相应的振动影响。如果实际的振动程度过高，会使干气密封被损坏，所以，在实际应用过程中，必须要对离心压缩机组的振动进行严格的控制。

3 结语

总而言之，随着社会经济的不断发展，我国的机械行业也随之发展，但是在离心压缩机实际运行的过程中，要想达到更好的效果，必须对密封进行升级改造。干气密封在发展过程中，仅有60余年的历史，在整个发展过程中，各项技术也在不断地进步和发展，虽然在现阶段，整体的发展仍然有一些不足之处，但是也在不断地进行研究，并且不断地克服。在未来阶段，还会有更大更广阔的发展空间，干气密封性能在不断提升的同时，还可以使我国机械行业得到更大程度的发展，促进我国整体经济的发展。