干气密封在丙烯压缩机上的应用

[摘 要]丙烯制冷压缩机是乙烯装置的“三机”之一，是裂解装置的心脏设备，为装置的深冷分离系统提供低温冷剂。其运转的好坏直接影响到分离系统及整个装置的正常运行，而且对于压缩机危险性气体---丙烯气的制冷压缩机来说，其良好的轴端密封更是运行安全与稳定的保证。该离心式压缩机由沈阳鼓风机集团有限公司制造，型号3mcl307离心压缩机，为了防止或限制气体沿压缩机轴端泄露，并且保证机器长周期正常运行，故采用串联式干气密封。？

[关键词]干气密封；原理、结构、优点；应用

中图分类号：U464.232 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）27-0347-02

一、干气密封

1、干气密封原理

干气密封是采用“以气封气”、流体动静压结合的非接触式气膜密封，干气密封是由国定和密封在转动轴上的动环与由弹簧力顶着的静环相配合组成，在旋转环表面上通常开有螺旋槽。槽深一般在3～10um之间。运转时密封气被泵送到螺旋槽根部，顺着密封槽堰流动，而密封槽堰又节制气体流向中心，于是气体被压缩引出压力升高，产生的压力使动、静环分开，并在其间形成稳定气模，（厚度通常3～5um），这样密封气模建立起来，轴向泄露的唯一途径（其它为静密封处）----动静环端面被密封起来，这时稳定的气模便可以起到轴向密封的作用了。

2、干气密封结构

典型的干气密封结构如图1所示，由静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等零部件组成。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合。

图2为干气密封端面动压槽示意图，在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。旋转环密封面经过研磨、抛光处理。并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。

在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图3所示。

闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。

如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。如图4所示。

类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态，见图5。

这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。

3、串联式干气密封（如图3）的原理及其优点

（1）、串联式干气密封的工况

该密封具有极高的安全性、可靠性。工艺介质泄露至大气中的量极少，同时也可保证密封引入的外部气源（通常为氮气）不会泄露入工艺介质中。结构由串联式干气密封和干气密封前、后置的梳齿密封组合而成。串联式干气密封相当于前后串联布置的两组单端面干气密封。第一级干气密封为主密封，基本上承受全部压差，从机组出口端引出的工艺气体作为其工作气体。第二级干气密封为辅助安全密封，通常情况在很低的压差下工作。由于其摩擦副始终保持在非接触状态下运行，没有任何磨损，故能够一直处于理想的运转状态，当第一级密封失效时会迅速的做出反正起到密封作用，可避免密封失效时工艺气的现场外泄。

（2）、串联式干气密封的优点

①省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷；

②大大减少了计划外维修费用和生产停车；

③避免了工艺气体被油污染的可能性；

④密封气体泄漏量小；

⑤密封运行费用极低；

⑥密封驱动功率消耗小；

⑦密封寿命长，运行稳定可靠。

二、安装干气密封及在压缩机中的应用

安装时应注意的事项

1、安装过程中应保持密封全与密封腔各部位的清洁，保证各密封面不被划伤、碰伤

2、O型环安装时薄薄涂一层脂，越过倒角时注意不要把O型环损坏。

3、安装螺钉及锁紧螺母之前应涂防松胶。

使用时应注意事项

1、转速

由于干气密封是以动力迫使密封脱离接触，而第转速旋转产生的动力却不能使密封面分离。所以开机时应尽快提速超过2000r/min

2、缓冲气

维持缓冲气的稳定是干气密封正常运行的基本条件，可阴挡未净化工艺气中的粉尘、凝缩油等杂质进入密封端面造成对干气密封的正常工作产生不利的影响，关键在于日常对其过滤器压差的检查与及时地切换清理。

3、隔离气

隔离气可保证轴承箱中的油不进入干气密封，也可避免残余的工艺气进入轴承区域污染油，其关键是采用压力稳定的氮气源，并经常注意对过滤器压差的检查与及时地切换清理。另外，建议隔离气与油系统建立逻辑关系，只有当隔离气压力稳定且压差达到一定值时，油系统才允许启动。

4、反向压力

干气密封不能在反向压力作用下（指密封下游的压力高于上游的压力）进行运转，密封气体压力低的压缩机，如放空力高，则密封处会受到反向力作用。这时有必要在泄漏管路上设置止回阀或者使缓冲气体的压力高于放空压力等措施。

5、泄漏的趋势

干气密封的密封性能可根据泄漏的趋势进行监测。的变化直接反映干气密封的运行状态。引直泄漏量变化的因素很多，如工艺气的波动、轴窜、压力、温度和速度的变化等，只要不持续上升，则认为密封运行正常；但如泄漏量出现不断上升的趋势，则预示着干气密封出现的故障。因此对泄漏量每日加以言代法记录，则有助于预测与判断故障。

6、气体的清洁度

干气密封在旋转时，其密封间隙很微小，只有3～5um，如果有异物或液体混入密封部位，则会进入密封面的间隙内，使密封面产生接触，从而损伤密封面。

因此，在干气密封中，经过过滤器的清洁气体必须起到缓冲作用，要求气体的品质是干净和干燥。过滤器的过滤精度要求达到2～5um。清洁气体中也不能含有任何液体，因为液体流入密封面会发热，并使密封面产生热变形，引起接触磨损。

7、振动

干气密封是端面密封，随的径向振动值可以大些，多数场合是超过机器的极限值，根据相关资料峰值不超过100um是能保证良好密封效果的。

8、机组开机

在机组未启动时，先投用隔离气，再投用油系统。此时缓冲气的压力还未产生，故启动前需外引氮气建立起缓冲气。随着机组转速的增加，同出口端引出的缓冲气压力逐渐升高，当其大于氮气压力时，将氮气切换成工艺气。

9、机组停机

机组停机时，必须等待机组完全停止运行，待油系统停止运行且系统油全部返回油箱后，才能关闭干气密封控制系统。

10、定期检查

压缩机操作和维修人员必须定期检查干气密封的运行参数，以保证维持系统的基本的运行条件：

（1）、压缩机入、出口压力、振动、喘振，以及速度、反转、载荷波动、停车等偶发事件。

（2）干气密封密封气和缓冲气的压力，密封两侧和缓冲气过滤器两侧的压力差

三、结论

（1）串联式干气密封且具有磨损小、功率低、泄露小、寿命长、可靠性高、运行维护简单等优点，可广泛推广应用。

（2）使用中注意事项为干气密封的安稳运行提供了保障，适用于其它干气密封

参考文献

[1] 王书敏.离心式压缩机技术问答.北京：中国石化出版社，2007

[2] 杨富来.干气密封技术及实际应用[J].石油化工设备技术，2004，25（3）：63-66.