干氣密封技術在離心壓縮機的運用分析

葉建平 段康康

摘? 要：本文通過對干氣密封的工作原理進行分析，闡述了干氣密封技術在離心壓縮機中的工作原理，通過對其運行狀況的分析，發現影響性能的主要參數，提出解決辦法和注意事項，延長使用壽命，提升工作效率，保證離心壓縮機在工作中正常運行。

關鍵詞：干氣密封;離心壓縮機;控制原理

引言：

隨著工業的發展以及人們環保意識的提高，對各類軸承的運行要求也逐漸提高。當前，我國絕大多數化工企業采用干氣密封技術的離心壓縮機，是因為其結構簡單，耗能低，使用壽命長，工作效率高。其可以滿足長時間的運行工作，因此目前被廣泛使用。

一、干氣密封的工作原理

干氣密封結構主要由旋轉環、靜環、彈簧、密封圈、彈簧座和軸套組成，想要加工出有特殊作用的流體動壓槽，需旋轉環封面經研磨、拋光處理。干氣密封旋轉環在工作時，密封氣體進入動壓槽內朝向密封堰流動，進入密封堰后，氣壓升高，在氣壓的推動下，封面被推開，密封氣體在密封面間形成氣模，其厚度大約在3μm左右。研究表明，氣流通過間隙時最穩定，這也是干氣密封氣膜在厚度選擇上為2-3μm的原因。當形成的各力與氣膜反力相等時，氣膜厚度最為穩定。

正常情況下，彈簧力和介質力的總和等于氣膜反力。工作過程中，受到外力干擾時，氣膜厚度會減少，此時氣膜反力會增大，開啟力大于閉合力，迫使間隙增大，數值恢復正常。若氣膜厚度增大，則反膜力減小，閉合力大于開啟力，數值仍會恢復正常。因此，只要在數值范圍內，外部干擾消失，氣膜厚度就會恢復到原始的設計值內。

檢驗密封穩定性的指標為氣模剛度的大小。氣膜剛度的大小是由氣模作用力的變化與氣膜厚度變化值的比決定的。剛度越大，則證明密封的抗干擾能力越強，氣膜的剛度是干性密封設計的重點目標。干氣密封設計是一種非接觸端部的密封，是由機械密封和氣體密封相結合所完成的。干氣密封壓縮機在工作過程中，在動環上有一個密封槽，動靜環開始高速運轉時，端面間會形成氣膜，氣體泵產生的推力將動靜環推開，兩密封端面不接觸，完成非接觸端部密封。運行中需要注意，壓縮機剛開始工作時，轉速低，形成的動壓力較低。但動靜環是通過接觸摩擦的，因此選用干氣密封的壓縮機進行工作時，要合理控制低速運行時間，時間不宜過長。

關于雙向串聯干氣密封的特點：密封槽為T型，采用T形槽可減少壓縮機在運行過程中的正反轉造成密封的損壞。干氣密封采用差壓控制，使平衡器與密封器間保持一定的壓差，最終采用自力式調節閥使壓力保持恒定。設備裝置在開始和暫停時，壓縮機出入口壓力是相等的，需啟動增壓泵，確保密封氣壓力高于平衡管壓力，密封氣密封室壓力高于一級排氣壓0.03MPa以上，級間密封高于二級排氣壓0.03MPa以上。

干氣密封是目前最佳的密封方案，其密封式的優點為：（1）可節省密封油的使用，干氣密封無須密封油系統的驅動裝置，降低設備運行的負載，減少了油品的使用，節約成本;（2）避免了潤滑油污染的問題，確保生產的清潔性;（3）干氣密封的驅動功率較低，節約電能;維護成本低，工作中適應能力強，系統運行高效可靠，運行使用壽命長。

由于結構上的要求，氣體密封應防止主環和配環在轉動過程中接觸，導致摩擦生熱。當軸承不轉動時泄漏量應為零。在安裝過程中，保持接觸面達到要求，主環與配對環在加工和安裝的過程中需進行精密處理和安裝。

二、影響性能的主要參數及應用過程中的注意事項

（一）端面結構參數影響氣膜剛度

動壓槽形狀影響氣模剛度。根據流體動力學角度出發，任何形狀的溝槽在干氣密封端面都會產生動壓效應。根據研究表明，螺旋式的槽形所產生的流體動壓效應最強，因此采用螺旋槽作為干氣密封動壓槽，其氣膜剛度最大，干氣密封穩定性最高。

動壓槽深度影響氣模剛度。研究表明，動壓槽深度與氣膜厚度為同一級時，氣模剛度最大。實際操作中，動壓槽深度一般控制在3-10μm。在其他參數確定后，動壓槽深度有其確定的最佳值。

動壓槽數量、動壓槽寬度和動壓槽長度都會對氣膜剛度造成影響。動壓槽數量趨于無限時，氣模剛度最大，動壓效應最強。但在實際應用過程中，當動壓槽到達一定數量時，對干氣密封性的影響較小，無需再進行增加。

（二）操作參數的影響

密封直徑、運行轉速等參數會對密封泄漏量造成影響。密封直徑與轉速成正比，密封直徑越大，轉速越高，會造成密封環線速度增大，氣體泄漏量增多。

密封介質的壓力對密封泄漏量造成影響。氣體壓力越大，在一定的工作間隙條件下，氣體泄漏量越高。

溫度、黏度對泄漏量有一定的影響。溫度影響介質的黏度，進而影響密封泄漏量。介質的黏度增加導致氣模厚度增加，流經密封端面的間隙阻力增加，影響密封的泄漏量。

基于上述因素，為了保證干氣密封技術在離心壓縮機中更好地被應用，需控制干氣密封系統。控制流程主要分為主密封器控制、輔助密封器控制和隔離密封控制。主密封器控制流程，密封器從壓縮機口出來后，首先經過除霧處理然后進入過濾器。如此時的壓力差小于0.345MPa時，增壓泵自動開啟對密封器進行增壓處理。提壓后的密封器開始進行氣液分離，通過過濾器進入密封器調節閥。當調節閥內氣流量達到1614-5663NL/min時密封器進入一級封腔。此時泄漏氣經一級密封氣泄漏線和孔板被排入火炬。輔助密封器控制流程，氮氣經過過濾器過濾后，級間密封器經調節閥將流量控制在65-100NL/min后分兩路通過流量孔板進入級間密封氣體和密封腔，最終經二級泄漏線進入火炬。隔離密封控制流程為，隔離氮氣進入過濾器精濾后，隔離氣體經調節閥，控制調量為110-174NL/min，徑流量孔板進入隔離氣密封腔，進而隔離潤滑油。

（三）應用過程中的注意事項

在安裝密封系統時，需保持管線、梯形槽的清潔。嚴格控制密封介質的潔凈度和溫度，密封氣和隔離氣的供應要先于潤滑油，避免潤滑油對氣體造成污染，這種狀態下極易造成封面的污染和封面的損壞。盡管干氣密封本身的可靠程度較高，但還需根據實際情況進行綜合考慮，避免出現假信號引起連鎖的錯誤動作。在運行過程中要密切關注相關參數的變化，從中發現干氣密封運行的情況變化，必要時可調節干氣密封的針型閥調整排氣壓力。正常情況下，干氣密封泄漏量較小基本為總體量的1/5-1/8，但流量測量儀是按照失效流量進行設計和選型，會造成極大的誤差。

密封器密封室的壓力至少要高于一級排氣壓力的0.03MP，高于級間排氣壓力0.03MP。在開機前，必須先停潤滑油后停干氣密封，停機時密封腔的降壓速度不得超過0.5MP/min。開機過程中，低轉時間不宜過長，保持恒速運轉，在調轉速度的過程中盡可能地緩慢操作，避免因波動較大，產生不良影響。

運行過程中需要控制的參數為：差壓變壓器的壓力報警值設定為0.138MPa，差壓變大時，及時更換濾芯。增壓泵漏氣壓力報警值設定為大于0.1MPa，當大于0.14MPa時停止增壓泵運行。主密封器的流量表報警值設置為大于5663L/min時高報警，小于1614L/min時低報警，報警后需對流量進行調節。級間密封的壓力報警值為大于0.0655MPa時為高報警，小于0.0193MPa時為低報警。

為了防止上述現象的發生和警報器報警，應對幾個方面進行整改工作。將增壓泵的驅動氣源改為氮氣，以保證氣源的清潔和穩定。對所有輔助系統都增加電伴熱線，防止損壞密封。完善密封放氣系統，將氣體直接排向大氣。

結論：綜上所述，端面結構和操作參數都會對氣膜剛度造成影響。在運行過程中，嚴格參考運行時的注意事項進行操作，增強可靠性，降低消耗，延長其使用壽命。采取干氣密封的方式替代傳統方式，保持作業的穩定，提升運行效率。

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