干气密封介绍（上） - 图文

干气密封介绍

一、干气密封

干气密封经过了严格的试验和检验，由制造精度高、质量优良的陶瓷和高合金的金属材料组成，含串联式配置的密封（如：含两个动环、两套装好弹簧的静环组件、腔体、连接轴套等件）和内部迷宫密封。在大气侧配置了隔离密封。弹簧力和工艺气压力共同作用形成密封力，密封环和保持环间的密封元件（O形圈）起副密封的作用。在串联密封中，工艺气侧的主密封承受全压差起主要的密封作用。大气侧的密封作为安全备用密封，一旦主密封失效安全密封承担起主密封的作用，可以保证设备安全停机。

干气密封分类：单端面，双端面，串联式等多种。 如何选用干气密封：

1、对于要求既不允许工艺气体泄漏到大气中，又不允许阻封气进入机体的情况，采用中间进气的串联式干气密封。普通串联式干气密封适用于少量工艺气泄漏到大气中的工状。大气侧的一级密封作为保险密封。

2、对于允许气体少量泄漏到大气中，且无任何危害的工况，选用单端面干气密封。

3、对于不允许工艺气体泄漏到大气中，但允许阻封气泄漏到工艺气中的工况，选用双端面干气密封。

二、干气密封密封端面分类及螺旋槽干气密封优点

干气密封密封端面根据加工成的形状分成：有扁平密封块，有台阶的密封块，有楔形鞋状密封块的，有螺旋槽的，等等。

螺旋槽干气密封优点：运行可靠性高，使用寿命长，密封气泄漏量小，功耗极低，工艺回路无油污染，工艺气亦不污染润滑油系统，取消了庞大的密封油供给及测控系统，占地面积小，重量轻，运行维护费用低，减小了计划外维修费用和生产停车。

三、干气密封结构图

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图1 串联式干气密封的内部结构

四、干气密封系统概述

1、主要数据

密封型式：TM02D串联式干气密封 密封处轴径：100mm

密封配置：带中间迷宫的串联式密封（含隔离气密封） 密封系统型式：除液装置+增压装置+密封控制系统 产地：沈阳透平机械股份有限公司 密封材料：

㈠、旋转环：硬质合金（碳化钨或碳化硅） ㈡、旋转金属件：410SS

㈢、静止环：特种石墨（碳化硅+DLC涂层） ㈣、静止金属件：410SS ㈤、弹簧：哈氏合金 2 、干气密封工作原理：

干气密封是一种非接触式端面密封，密封单元由两个环构成。第一个环称为旋转环，其密封端面上刻有许多槽。槽下的光滑区域称为密封坝，它是真正起密

封作用的部分，并形成从密封压力到大气压力之间的压力梯度。第二个环其端面为光滑面。除允许其沿轴向移动外，限制其他方向的移动，称其为主环或静环，并安装于弹簧调节负载的腔内。在转子静止，机内已卸压状态下，主环后的弹簧将使其与旋转环（动环）贴合。当机内常压时，气压产生了流体静压力，该力使得主环与旋转环分开，在两环间产生非常薄的间隙。通过间隙允许非常少量的密封气体泄漏。一旦机组转动，由于旋转环端面上的槽的泵效应，产生流体动压力。在靠近槽的根部形成高压区，从而两个环面之间气膜厚度增加。当流体动压力与流体静压力平衡时，便建立起稳定的间隙并形成一定的流量。该泄漏量与气体压力、温度、气体的物理性质、密封尺寸以及转速有关。这一间隙使得两个端面不接触地平稳运行。密封运行的设计和原理都保证了一定厚度的自稳定间隙的形成。这是由于运行中气体流量或转子位移的干扰会引发间隙的变化，而这种变化势必引起流体动静压平衡的变化，力平衡的变化又具有修正间隙的作用。例如，端面间隙增加，则槽的泵效应产生的压力就降低，因此流体动压分开力减小，而流体静压闭合力使得间隙减小到原来尺寸。相反，密封面彼此接近（间隙减小）时，流体动压效应增强，分开力急剧增加。这种自平衡原理使得密封面保持恒定分开，并且泄漏量也恒定。

串联密封由两对密封环或二级组成。它既可以作为整体也可以作为两个部分使用。分级使用时，第一级密封起主导作用，承担密封全部过程压力，而第二级密封作为第一级密封的备用安全措施。作为整体密封时，允许第一级密封的泄漏引入到第二级，作为二级密封的工作气源。

另外，系统还设置了隔离气系统，隔离密封供气系统在主密封与轴承腔间形成一气体屏障，防止轴承润滑油进入密封体。控制盘上配有该路氮气的过滤、监控和调节设备。

为了防止润滑油或油雾进入密封，后置碳环密封应先通入空气或氮气运行正常后，再给轴承系统供油。 4、干气密封系统的组成

干气密封主要有干气密封本体（含动环、静环、“O”密封圈、弹簧等组成）、主密封气除雾器和增压器、主密封气过滤器、隔离气过滤器、控制盘等组成。 ?主密封气除雾器

来自循环机出口的气体通过两个并联安装的除雾器中的一个，以除去夹杂在气体中的大量雾气和微小液滴。每两小时排液一分钟，分离出来的液体通过孔板不断地排入压缩机入口分离器，液体压力用压力表现场监测。孔板的旁路上装有针阀，可以排出更多的液体。

除雾器由就地差压计监控。每台除雾器都具有处理最大预定流量的能力 。正常只需一台除雾器工作，而另一台除雾器作为备用。阀门的配备允许在控制盘工作期间进行部件的更换。为这一目的，当需要切换至另一台除雾器时，除雾器上的一系列阀门可以使除雾器平滑、无冲击地升压。每一台除雾器的出口上都配有排放口。 ?主密封气增压器

增压器是用往复式、氮气驱动的增压泵来增加密封气源的压力。需要时，压缩机逻辑可以启动增压器运行。此时密封气源转换到增压器系统。一旦气体通过增压泵，增压后的气体被重新引回到密封气源管路。当压缩机产生并维持足够供干气密封所需的压差时，机组逻辑将关闭增压器。密封气源恢复到正常的流通管路。

?主密封气过滤器

密封气取自压缩机出口的氢气。进行过滤的目的是确保在密封气中不存在任何液体和颗粒。通过两级过滤完成。第一级过滤是除雾/液体，第二级过滤位于主控制盘，为双联过滤器。

主密封气是从压缩机出口引来的氢气。然后通过两个并联安装的过滤器中的一个，以滤除积存的液滴和1μ以上的固体颗粒。过滤器进出口压差用差压指示变送器现场指示和远传监控。每台过滤器都能满足气体的最大处理量。因此，正常运行中只需一台过滤器工作，而另一台过滤器处于备用。它是集成模块式的过滤器。

（1） 过滤器集成块的功能介绍

过滤器集成块平时除了更换滤筒之外，不需要进行其他维护。正常工作时，只有一个过滤器处于工作状态，在线可以进行切换。过滤器集成块的结构如图2、3、4所示，主要包括以下几部分：

图2 过滤器正面视图

① 过滤器切换阀。它位于集成块正面的中间部位，主要作用是实现过滤器的切换。切换阀杆上配有红色指针，用于指示当前投用的过滤器。切换阀杆为水平时，左侧（从控制盘正面看）的过滤器为投用，切换阀杆为竖直时，右侧（从控制盘正面看）的过滤器为投用。

② 旁路阀。它位于集成块正面的左下角，它的作用是从两侧对切换阀的密封垫圈加压，避免长期一侧加载造成故障。旁路阀的阀杆上配有红色指针，用于指示当前旁路阀所处的状态。过滤器正常工作时，旁路阀应该打开，此时阀杆处于水平状态，当过滤器需要更换滤芯时，才将旁路阀关闭，此时阀杆处于竖直状态。

③ 清洗阀。位于集成块正面的左下角和右下角，两个过滤器各有一个。它的主要作用是在摘开需要清理的过滤器之前，将过滤器内的可燃气体通过放空线吹扫到安全地点。清洗阀平时处于关闭状态（阀杆为垂直）。

④ 排空阀。位于集成块背面的下部，两个过滤器各有一个。它的主要作用是在拆开需要清理的过滤器之前，将过滤器内的可燃气体排放到安全地点。排空阀平时处于关闭状态（阀杆为垂直）。

⑤ 入口压力引线阀。用于仪表引线，监测过滤器压差。

⑥ 出口压力引线阀。用于仪表引线，监测过滤器压差。

图3 过滤器左视图

图4 过滤器右视图

（2） 集成过滤器的切换、滤芯更换过程

① 检查排放阀处于关闭状态。

② 检查污染过滤器的两道排污针型阀处于关闭状态。

③ 通过扳动切换手柄来实现从污染过滤器切换到干净过滤器。切换手柄上的红色箭头指示正在使用的过滤器。

④ 关闭旁路阀。在旁路阀处，小型红色箭头指示阀的位置。箭头还指示“打开”或“关闭”。

⑤ 打开排气阀，释放污染的过滤器的压力。

⑥ 打开冲洗阀，用氮气冲洗过滤室至少2分钟以上。 ⑦ 先关闭冲洗阀，再关闭排气阀 ⑧ 拆开过滤器的排污管。

⑨ 松开12个M12六角头螺钉，拆卸过滤室。 ⑩ 更换新的滤芯。

? 在安装新的滤筒之前，用气体润滑脂稍微涂抹两个“O”型圈。用手紧固滤筒。

? 再次使用12个M12六角头螺钉紧固过滤室。 ? 重新连接过滤器的排污管。

? 先打开排气阀，再打开冲洗阀，用氮气冲洗新的过滤器至少2分钟。 ? 关闭冲洗阀，然后关闭排气阀。 ? 打开旁路阀。

? 安装完成后，必须对新安装的过滤器进行泄漏测试和差压测试，确保过滤室没有泄漏，及过滤器以正常压差工作。为此，有必要在一分钟内切换到新的过滤器。现在可以使用整体过滤器的差压监控系统，执行差压测试。差压不得高于80KPa。 ?隔离氮气过滤器

氮气通过两个并联安装的过滤器中的一个，以去除积存的液滴和1μ以上的固体颗粒。过滤器进出口压差用差压指示变送器现场指示和远传被机组逻辑监控。每台过滤器都能满足气体的最大处理量。因此，运行中仅需一台过滤器工作，而另一台过滤器处于备用。 ?干气密封控制盘

干气密封控制盘用于监控离心压缩机内的干气密封，并可分为三个部分： ?． ?． ?．

主密封供气系统 隔离密封供气系统 一级密封泄漏系统

通过对这些系统的监控，可以很好的实现对整个干气密封系统的调节和观察，以保证干气密封系统的正常运转。 5、干气密封系统的控制

?隔离氮气压力低于300KPa时，不允许启动润滑油泵。

?除雾器每两小时自动排液一分钟至入口分液罐。前后压差80KPa时报警。 ?压缩机出口与平衡管差压低于50KPa时增压泵自启动，差压高于100KPa时增压泵自停运。

?增压泵泄漏量高于50 KPa时，关闭增压泵。

?驱动端、非驱动端一级泄漏量高于400KPa时联锁停机。 ?主密封气、隔离气过滤器差压高报警。前后压差80KPa时报警 ?主密封气进气流量高、低报警。 ?一级密封泄漏量高报警。

?二级氮气压力低于300 KPa时报警。此时禁止油泵启动。 6、干气密封流程简述

主密封气自循环机出口靠新氢一侧引出，首先进入除雾器，以脱除液滴，再进入增压泵系统，该系统是由压缩机出口与平衡管差压控制，低于50KPa启动，高于400KPa停运，最后进入过滤系统，两组可互相切换的过滤器除去介质中大于1um的颗粒，再经过流控阀分两路分别进入驱动端和非驱动端，作为干气密封的主密封气。一级密封泄漏气经孔板排入火炬系统，当压力达到700KPa时，设在该管线上的爆破片破碎，直接排入火炬系统。隔离氮气系统是装置内氮气线，先经过两组可互相切换的过滤器系统，以脱除氮气中大于１um的杂质，分三路进入干气密封系统：一路直接进入增压泵作为动力气源；一路经压力控制阀分两路进入驱动端和非驱动端，作为干气密封的级间密封气，控制压力为６９KPa；一路经压力控制阀分两路进入驱动端和非驱动端，作为隔离氮气的密封气，控制压力为５３KPa，以隔离介质和润滑油。二级密封泄漏气经高点放空排入大

气。

7、干气密封系统操作条件 ?密封端面清洁干燥

?保证密封端面和轴的垂直度

?弹簧加载后的旋转部件和密封件移动自如无卡滞

?避免物料沉积在密封腔体表面、轴和轴套上无物料结晶、聚合等情况 ?工艺气侧和大气侧的密封端面形成良好的气膜

如果这些操作条件不能满足，可能造成泄漏量增加和工艺介质漏到大气侧。 8、干气密封系统的投用

?检查管线、阀门等已经安装完毕。 ?检查各设备部件完整、齐全。

?贯通密封气系统流程、隔离氮气系统流程

?打开隔离氮气阀，投用隔离氮气系统。流量控制阀投用。 ?打开循环机出口新氢引出阀，将密封气引进来。 ?投用差压控制阀，各仪表引出阀确认打开。 ?观察差压控制情况是否正常，一级泄露量不超标。 ?观察密封气、隔离气过滤器差压指示。 ?投用后的监测

干气密封系统投用后，应该密切注意以下重要参数：

序号 1 2 3 4 5 6 7

主密封气流量 缓冲氮气的压力 缓冲氮气的流量 隔离氮气的压力 泄漏放空压力 泄漏放空流量 项 目 主密封气供气压力与机体平衡管压力之间的压力差 正常值 0.2 MPa 250Nm3/h 0.1 MPa 5 Nm3/h 0.4 MPa 0.14 MPa 8 Nm3/h 9、干气密封相关联锁内容仪表校验:

驱动端一级密封泄漏压力高高PSHH≥400Kpa时停机报警； 非驱动端一级密封泄漏压力高高PSHH≥400KPa时停机报警； 增压泵活塞密封泄漏气压力高PSL≥50Kpa，报警；

隔离密封气压力低报PSL≤300KPa，报警； 二级氮气入口压力低PSL≤ KPa，报警； 工艺气过滤器差压高报PDSH≥80KPa，报警； 驱动端一级密封气流量高报PSH≥400KPa，报警； 驱动端一级密封气流量低报PSL≤50KPa，报警； 非驱动端一级密封气流量高报PSH≥400KPa，报警； 非驱动端一级密封气流量低报PSL≤50KPa，报警； 驱动端一级密封气泄漏量高报PSH≥14KPa，报警； 驱动端一级密封气泄漏量高高报PSH≥3KPa，报警； 非驱动端一级密封气泄漏量高报PSH≥14KPa，报警； 非驱动端一级密封气泄漏量高高报PSH≥3KPa，报警；

五、干气密封系统操作注意事项：

?在首次开工时，应稍开机入口阀或跨线阀，向机内≯0.5MPa/min的速度冲压，同时注意观察干气密封一级密封气泄露情况。

?循环机开正常后，观察好干气密封的一级密封动态泄漏量。

?压缩机必须带压启动，机内压力必须在0.1MPa以上，否则一级密封上下游可能会形成负压差，启动后会损坏密封。

?压缩机机体撤压时，密切注意干气密封系统的运转是否正常。

?无论是事故停车，还是正常停车，在停机过程中，要保证自增压系统的正常运行，即保证一次气的正常供应，防止机体内的气体进入干气密封内部。 ?润滑油投用前至少10分钟，必须先通后置隔离气，且在正常运行中不可中断，也就是干气密封系统隔离氮气只有投用以后，才允许启动润滑油泵；压缩机停车后，后置隔离气必须在润滑油停止供给且回油管路无油流动后至少10分钟后才可关闭，也就是只有停润滑油泵以后，才能停隔离氮气。

?停车时，先将机体内的压力完全放空，再停主密封气。无论何时，始终保持主密封气比平衡管内气体压力高且有流量。

?流量计前后切断阀必须缓慢开启，防止浮子受带压气流冲击而卡住。过滤器前后切断阀必须缓慢开启，防止滤芯受带压气流冲击而损坏。

?每天应巡检过滤器至少两次，当发现指针指向红色区域时应切换到备用过滤

器，同时更换已堵过滤器滤芯，使之处于备用。过滤器滤芯最长工作时间为1年。

?过滤器组的切换阀必须切换到位，使切换阀的指针指在左侧过滤器或右侧过滤器，不可停在中间位置；正常工作时，旁路阀应打开，其主要作用是保持切换阀两侧压力平衡，只有在需要更换虑心时才能将旁路阀关闭。

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