前言

近年來，隨著（zhe）人們安全、環保意識的提高，對石油化工及煤化工等能源行業的生產運行（háng）提出（chū）了更（gèng）高的要求。據（jù）不完全統計，在煉（liàn）油（yóu）化（huà）工、煤化工、製藥等（děng）行業的生產（chǎn）裝置中，因旋轉機械的軸封泄漏引（yǐn）起的安全、環保事故占了非常大的比例，嚴重影響生產裝置長周期（qī）、穩定、安全生（shēng）產運行。因此，解決旋轉機械軸封泄漏問題，特別是大型機組軸封向（xiàng）實現無泄漏、無汙染、長壽（shòu）命及運維費用低發展，已成為業內重（chóng）要的共識和急需解（jiě）決的問題。

隨著20世紀60年代末氣體潤滑軸承技（jì）術的發展，一種新（xīn）型的、可（kě）靠的、軸（zhóu）封技術——幹氣密封應運而生，它是一種氣膜潤（rùn）滑的流體動、靜壓（yā）結合型非接觸式機械（xiè）密封，具（jù）有無介質泄漏、安全（quán）可靠、使用（yòng）壽命長、功耗低等優點，在石油化（huà）工、煤化工等工業行業的離心壓縮機等關鍵設備上得到廣泛的應用。

然而在生產運行中，因幹氣（qì）密封控製係統的設計、選型（xíng）及運行（háng）使用不到位，引起的（de）幹氣密封泄漏、失效等故障屢見不鮮。因此依據生產裝置的工藝操作工況及機（jī）組（zǔ）的運行情況，設計（jì）出一套（tào）可靠、合適的幹氣密封控製係統，對確保（bǎo）機組的長周期、穩（wěn）定、安全生產（chǎn）運行起（qǐ）著舉（jǔ）足輕重的作用。

1、幹氣（qì）密封基本結構及工作原理

1.1 幹氣密封基本結構

幹氣密封是一（yī）種氣膜潤滑的流體動、靜壓結合（hé）型非接觸式機械密封。如圖1-1所示，包含有靜環、動環組件(動（dòng）環)、副密封O形圈、靜密（mì）封、彈簧（huáng）和彈簧座（zuò）(腔體)等零部件。幹氣密封的結構（gòu）設（shè）計特點（diǎn）為（wéi）在密封端麵（miàn）上開設動壓淺（qiǎn）槽,其轉動形成的氣膜厚和流槽槽深均屬微米級,並采用潤滑槽（cáo）、徑向密封壩和周（zhōu）向密封（fēng）堰組成密封和承載部分。可以說是開麵密封和開槽軸承的結合。

幹氣密封動壓槽有（yǒu）單旋（xuán）向和雙旋向,一般單旋向為螺旋槽，雙旋向常見有T型槽、樅樹槽和U型槽。如圖1-2所示（shì），單（dān）旋（xuán）向螺旋槽（cáo）幹氣密封不能反轉，反（fǎn）轉則產生（shēng）負氣膜反力，導致密封端麵壓緊，致密（mì）封損壞失效。而雙旋向樅樹槽則無旋向（xiàng）要求，正反（fǎn）轉都可以。單向槽相對於雙向槽（cáo），具有較（jiào）大的流體動壓能，產生更大的氣膜反（fǎn）力和氣膜剛度，產（chǎn）生更好的穩定（dìng）性。

1.2 幹（gàn）氣密（mì）封工作原理

如圖1-3，對於螺旋槽幹氣（qì）密封，其工作原理是靠流體靜壓力、彈簧力與流體動（dòng）壓力之間的平衡。當密封（fēng）氣體注入密封裝置時，使動、靜（jìng）環受到流體（tǐ）靜壓力（lì）的作用。而（ér）流體的動壓力隻是在轉（zhuǎn）動時才產生。如圖1-2所示，當（dāng）動（dòng）環隨軸轉動（dòng）時，螺旋槽（cáo）裏的氣（qì）體被剪切從外（wài）緣流（liú）向中心（xīn），產生動壓力，而密封堰對氣體的流出（chū）有抑製作用，使得氣體流動受阻，氣體壓力升高，這一升高的壓力將撓性安裝的靜環與配對動環（huán）分開，當氣體壓力（lì）與彈（dàn）簧力恢（huī）複（fù）平衡後，維持一Z小（xiǎo）間隙，形成氣膜，膜厚一般（bān）為3-5μm，使旋轉環和靜止環脫離接觸，從而端麵幾乎無磨損（sǔn），同時密封工藝氣體。

1.3幹氣（qì）密封的類型

幹氣密封基本結構類（lèi）型有單端麵密封、串聯式密封、帶中間迷宮串聯式密封（fēng）和雙端麵密封。

（1）單端麵密封

適用於沒有危害、允（yǔn）使微量的工藝（yì）氣泄漏到大氣的工況。如N2壓縮機（jī）、CO2壓縮機、空氣壓縮機等（děng）。

（2）串（chuàn）聯式密封

適用於允許少量工藝（yì）氣泄漏到大氣的工況。一（yī）般采用兩級串聯布置方式，一級為主密封，二級（jí）為備（bèi）用密封。正常工況下，全部（bù）或大部分負荷由主密封承擔，而二級備用密封不承受或承受小部分的負荷和壓（yā）力降。泄漏的主密封工藝氣被引入火炬係統燃燒，泄漏的極少量的工（gōng）藝氣通（tōng）過二級密封由二級放空引入安全地帶排放。當主密封失效時，二級備用密封起到輔助安全密封的作用，確保工藝氣不大量外漏（lòu）。

（3）帶中間迷宮的串聯式密封

它的結構特點為在串聯式密封的（de）兩級之間加入迷（mí）宮密封結構（gòu）。其中一級主密封氣（qì）為工藝氣，中壓N2為開停機輔助氣；二級（jí）密封和中（zhōng）間迷宮間（jiān）、隔離氣都使用氮氣。當一級主密封失效時，二級密封起（qǐ）到輔助安全阻封和密封作用。適用於易燃、易爆、危險性（xìng）大、不（bú）允許（xǔ）泄漏（lòu）到（dào）大氣中、也不（bú）允許阻（zǔ）封（fēng）氣進入到機內的工況。如（rú）氫（qīng）氣（qì）壓縮機、CO壓縮機、乙烯、丙烯壓縮機等。

（4）雙端麵密封

雙（shuāng）端麵密封適用（yòng）於沒（méi）有火炬條件,不允使工藝氣泄漏到大氣中，但允使（shǐ）阻封氣進（jìn）入機內的工況。其結構布置相當於麵對麵布置兩套單端麵密（mì）封,有（yǒu）時兩個密封共用一個動環。一般采用氮氣作為阻塞氣體，控製阻密封（fēng）氣（N2）的壓力始終維（wéi）持在比工?氣體壓力高於0.2～0.3MPa 。

2、離心式壓縮機幹氣密封控製係（xì）統的組成

如圖2-1所示，某離心式壓縮機組幹氣密封係統流程簡圖,該機組幹氣密封控製係統由工（gōng）藝氣密封氣（qì）係（xì）統、隔離氣密封係統、放（fàng）火炬及高位放空監測係統組成，其中密封氣和隔離氣設計有氣源過濾（lǜ）處理（lǐ）單元、氣體壓力（lì）和流量調節控製單元，排放氣（qì）設置（zhì）有火（huǒ）炬排放和高位（wèi）放空，並設計有密封氣泄漏監測。

該（gāi）機組幹氣密封控製係統的控製流程：

（1）一級（jí）主密封氣由壓（yā）縮機出口氣和管網中壓氮提供，經過濾器處理，調節閥、流量計（jì）、節流閥（fá）控製密封氣的壓力和流量；而管（guǎn）網中壓氮氣作為開停機時一級密封氣備用氣源。

（2）二級密封氣和後置隔離氣（qì）由管網低壓氮氣提供，經過濾處理（lǐ）、調壓和流量控（kòng）製（zhì）作為二級密封氣（qì）和後置隔離氣氣源。機組設計後置隔離氣密封係統目的是為防（fáng）止軸承箱潤滑（huá）油進入，汙（wū）染密封麵。

（3）同時設計有密封氣放火炬和緩衝、隔離氣高位（wèi）防空係（xì）統（tǒng）。即在泄漏口和火炬線或高位放空管（guǎn）線之間設置限流孔板和流量計,通過排放氣的壓力、流量來（lái）監（jiān）測幹（gàn）氣（qì）密封的泄漏情況。

因此（cǐ），為（wéi）了確保幹氣密封控製係統可靠、長壽命穩定（dìng）安全生產運行，應根據係（xì）統對密封介質（zhì）質量、壓（yā）力、流量、溫度及生產運行工況的要求，機組幹（gàn）氣密封控製係統設計有過（guò）濾單元（yuán）、調節控製單元（yuán）和密封泄漏監測單元，對係統中的密封氣、隔離氣、排放氣的流量、壓力、溫（wēn）度及潔淨度等方麵（miàn）進行控（kòng）製和監（jiān）測，監測幹氣密封運行狀況。幹氣密封控製（zhì）係統設計選型要注意以下幾個要點：

（1）一般情況下，對於（yú）輸送介質為富氣或氣體（tǐ）內含烴類物質較多的氣體（tǐ）則（zé）常采用N2作為密封氣；而對於輸送CO2、N2、H2、CO以及空氣等氣體則采用壓縮機出口工藝氣+氮氣備用氣方案（àn）為密封氣，同時應提供清潔和幹燥的密封氣體，密封（fēng）氣不得含固體顆粒、粉塵和液體，應保持合適的壓力、溫度和流量（liàng）。密封氣（qì）的過（guò）濾精度應達到3um以下，溫度應至少高於露點溫度（dù）10℃以上。

（2）密封氣、緩衝氣、隔離氣進行（háng）控製的係統，以滿足密封（fēng）緩衝、隔離對氣體壓力、流量和溫度的要求。一般可采用（yòng）氣體壓力控製、流量（liàng）控製、壓力與流量組合控製（zhì）方式。控製設計的要求一般（bān）為密封氣應保持與平（píng）衡管的壓差在 0.3 MPa以上,機內迷宮間隙Z大時Z小氣流速度為5 m/s。同時為了防止密封工藝氣壓力低（dī），一般密封氣與平衡管壓差設計（jì）有低報警和低（dī）低報（bào）警聯鎖，啟（qǐ）用管（guǎn）網中壓氮氣進行補氣，以滿足密封氣密封壓力的要求。

(3) 一般在幹氣密封火炬排放或高位放空管路設計密封泄（xiè）漏（lòu）監測。即在泄漏口和火炬線或高位放空管線之間設設置限流孔（kǒng）板和流量計,通（tōng）過排放（fàng）氣的壓力、流量（liàng）來監測幹氣密封的泄漏情況。流量（liàng）由限流孔板前後（hòu）壓差實（shí）現，設計有流量低報警、高報警和高高報警停機聯鎖；壓力由孔板前壓力的變化（huà）實現，設計有壓（yā）力高報警和高高報警停機聯鎖。可采取（qǔ）3取2的聯鎖邏輯方式。

(4) 為了確保機組的安（ān）全運行，防止機組損壞，在機組開停車及密封失效（xiào）故（gù）障緊急停車工況，幹氣密封控製係統可設計有以下（xià）的聯鎖：

①各幹氣密（mì）封一級排放（fàng）氣流量正常的開機（jī）聯鎖。

②後置隔離氣壓力低開機前禁止潤滑油泵啟動聯鎖，防止軸承箱潤滑油汙染幹（gàn）氣密封。

③一級排（pái）放氣壓力高高報警停機聯鎖和流量高高報警停機聯鎖。

3、離心（xīn）式（shì）壓縮機幹（gàn）氣密封常見典型故障（zhàng）

離心式壓縮機幹氣密封控製係統是離（lí）心式壓縮機非常重要的輔助係統，幹氣密封可靠、穩定、長壽命運行是確保機組安、穩、長、滿、優運行的關鍵。因此了解（jiě）和掌握幹氣密封常見典型故障，對快速判斷和解決幹氣密封故障，確保機組安全穩定運行。

（1）後置隔離密封失效，外側密封（fēng）被汙染

機組設計後置隔離氣密封係統目的為防止軸承箱潤滑油進入，汙染密封麵。在使（shǐ）用過程中，可能會因為設計或操作方麵的（de）原因導致潤滑油汙染密封端麵（miàn）。例如：軸（zhóu）承腔排空不暢（呼吸帽過濾網堵塞）、氣體設計流速低造成氣量過小、迷宮齒數或間隙不合適、孔板設計（jì）過小、係統控製問題、氮氣波動或供氣中斷、開停車操作順序（xù）錯誤、誤操作等（děng）等。

為了避免開車誤操作，一般設計後置隔離氣壓力低開機前禁（jìn）止潤（rùn）滑（huá）油泵啟動聯鎖，防止軸承箱潤滑油汙染幹（gàn）氣密封。

（2）單向槽反轉

對於單旋向螺旋槽（cáo）幹氣密封不能反轉，反轉則（zé）產生負氣膜反力，導致密封端麵壓緊，致（zhì）密封損壞失效。在（zài）幹氣密封使用過程（chéng）中由於安裝錯（cuò）誤導致驅動端與非驅（qū）動端裝反、機（jī）組停車不可避免存在反轉工況等存在，導致密封損壞（huài），嚴重時環直接碎裂。

（3）低速工況長時間運行

在開機或低（dī）速暖機工況過程中，由（yóu）於機組長時間低轉速運（yùn）行，幹氣（qì）密（mì）封（fēng）沒有產（chǎn）生（shēng）足夠的流體（tǐ）動壓力（lì），沒有形成氣膜，容易導致密（mì）封磨（mó）損，嚴重時環直接碎裂。

因此，在開機過程中，不宜長時間低轉速運行（háng），在正（zhèng）常運轉中，應該保持轉速恒定，調轉速時盡可能緩慢操作，以避免轉（zhuǎn）?波動太大對幹氣密封產生不良的影響。

（4）開停（tíng）車處（chù）理不當，密封汙染

在開停車過程中，一級密封氣流量（liàng）不容（róng）易保證，機內氣體容易反竄，造成一級密封端麵的汙染（rǎn），因此可能在初試開車增壓過程中，壓力較?，泄漏量偏大。在對機組準備開車，進行衝壓前，必須（xū）先通過控製係統注入開（kāi）車用密封氣，避免工藝氣（qì）反竄造成密封（fēng）的汙染；在停車過程中，應及時切換氣源，避免造成工藝氣反（fǎn）竄汙染（rǎn）密封；停車期（qī）間，避免因操（cāo）作等原因造成密封汙染。

（5）正常運行時，過濾係統失效，密封汙染

在幹氣密封現場運行中可能出現密（mì）封氣嚴重帶液，超出過濾器處理能（néng）力；過濾器堵塞後未及時切換，造成濾芯破損；氣源中（zhōng）含（hán）大量的細粉，其粒度小於過濾器的精度，超出了過濾器的處理能力，但總量大，對密封（fēng）及係統均（jun1）會（huì）造成影響等情況導致過濾係統失效，從而汙染密封導致失效。因此，要定期檢查和清（qīng）理過濾器（qì），確（què）保過濾器完好，達到過濾精度的要求，一般密封氣（qì）的過濾精度應達到3um以下。

（6）機組原因（yīn）造成的密封失效

因（yīn）機組故障，產生強烈振動（dòng），振動過大，並超出了密封能夠承受的範圍，引發密封損（sǔn）壞。因此（cǐ），平常應加強機組的運（yùn）行維護保養，特別是加強機組運行振動狀態監測，防（fáng）止因機組（zǔ）振動（dòng）過大（dà）導致幹（gàn）氣密失效。

4、結語

綜上，通過選型設計一套合適、完整、可靠的幹氣（qì）密封控製係統，對於離心式壓縮機安、穩（wěn）、長、滿生產運（yùn）行起著非常重要的作用。同時（shí）機組在生產運行中，應加強機組的運行維護，時刻監測幹（gàn）氣密封係統的運行情況和泄（xiè）漏狀（zhuàng）況，及時的發現、消（xiāo）除和處理機組故障，確保裝置安、穩、長、滿、優生產運行。

（來源：壓縮（suō）機網）