干气密封技术在离心压缩机的运用分析

叶建平 段康康

摘  要：本文通过对干气密封的工作原理进行分析，阐述了干气密封技术在离心压缩机中的工作原理，通过对其运行状况的分析，发现影响性能的主要参数，提出解决办法和注意事项，延长使用寿命，提升工作效率，保证离心压缩机在工作中正常运行。

关键词：干气密封;离心压缩机;控制原理

引言：

随着工业的发展以及人们环保意识的提高，对各类轴承的运行要求也逐渐提高。当前，我国绝大多数化工企业采用干气密封技术的离心压缩机，是因为其结构简单，耗能低，使用寿命长，工作效率高。其可以满足长时间的运行工作，因此目前被广泛使用。

一、干气密封的工作原理

干气密封结构主要由旋转环、静环、弹簧、密封圈、弹簧座和轴套组成，想要加工出有特殊作用的流体动压槽，需旋转环封面经研磨、抛光处理。干气密封旋转环在工作时，密封气体进入动压槽內朝向密封堰流动，进入密封堰后，气压升高，在气压的推动下，封面被推开，密封气体在密封面间形成气模，其厚度大约在3μm左右。研究表明，气流通过间隙时最稳定，这也是干气密封气膜在厚度选择上为2-3μm的原因。当形成的各力与气膜反力相等时，气膜厚度最为稳定。

正常情况下，弹簧力和介质力的总和等于气膜反力。工作过程中，受到外力干扰时，气膜厚度会减少，此时气膜反力会增大，开启力大于闭合力，迫使间隙增大，数值恢复正常。若气膜厚度增大，则反膜力减小，闭合力大于开启力，数值仍会恢复正常。因此，只要在数值范围内，外部干扰消失，气膜厚度就会恢复到原始的设计值内。

检验密封稳定性的指标为气模刚度的大小。气膜刚度的大小是由气模作用力的变化与气膜厚度变化值的比决定的。刚度越大，则证明密封的抗干扰能力越强，气膜的刚度是干性密封设计的重点目标。干气密封设计是一种非接触端部的密封，是由机械密封和气体密封相结合所完成的。干气密封压缩机在工作过程中，在动环上有一个密封槽，动静环开始高速运转时，端面间会形成气膜，气体泵产生的推力将动静环推开，两密封端面不接触，完成非接触端部密封。运行中需要注意，压缩机刚开始工作时，转速低，形成的动压力较低。但动静环是通过接触摩擦的，因此选用干气密封的压缩机进行工作时，要合理控制低速运行时间，时间不宜过长。

关于双向串联干气密封的特点：密封槽为T型，采用T形槽可减少压缩机在运行过程中的正反转造成密封的损坏。干气密封采用差压控制，使平衡器与密封器间保持一定的压差，最终采用自力式调节阀使压力保持恒定。设备装置在开始和暂停时，压缩机出入口压力是相等的，需启动增压泵，确保密封气压力高于平衡管压力，密封气密封室压力高于一级排气压0.03MPa以上，级间密封高于二级排气压0.03MPa以上。

干气密封是目前最佳的密封方案，其密封式的优点为：（1）可节省密封油的使用，干气密封无须密封油系统的驱动装置，降低设备运行的负载，减少了油品的使用，节约成本;（2）避免了润滑油污染的问题，确保生产的清洁性;（3）干气密封的驱动功率较低，节约电能;维护成本低，工作中适应能力强，系统运行高效可靠，运行使用寿命长。

由于结构上的要求，气体密封应防止主环和配环在转动过程中接触，导致摩擦生热。当轴承不转动时泄漏量应为零。在安装过程中，保持接触面达到要求，主环与配对环在加工和安装的过程中需进行精密处理和安装。

二、影响性能的主要参数及应用过程中的注意事项

（一）端面结构参数影响气膜刚度

动压槽形状影响气模刚度。根据流体动力学角度出发，任何形状的沟槽在干气密封端面都会产生动压效应。根据研究表明，螺旋式的槽形所产生的流体动压效应最强，因此采用螺旋槽作为干气密封动压槽，其气膜刚度最大，干气密封稳定性最高。

动压槽深度影响气模刚度。研究表明，动压槽深度与气膜厚度为同一级时，气模刚度最大。实际操作中，动压槽深度一般控制在3-10μm。在其他参数确定后，动压槽深度有其确定的最佳值。

动压槽数量、动压槽宽度和动压槽长度都会对气膜刚度造成影响。动压槽数量趋于无限时，气模刚度最大，动压效应最强。但在实际应用过程中，当动压槽到达一定数量时，对干气密封性的影响较小，无需再进行增加。

（二）操作参数的影响

密封直径、运行转速等参数会对密封泄漏量造成影响。密封直径与转速成正比，密封直径越大，转速越高，会造成密封环线速度增大，气体泄漏量增多。

密封介质的压力对密封泄漏量造成影响。气体压力越大，在一定的工作间隙条件下，气体泄漏量越高。

温度、黏度对泄漏量有一定的影响。温度影响介质的黏度，进而影响密封泄漏量。介质的黏度增加导致气模厚度增加，流经密封端面的间隙阻力增加，影响密封的泄漏量。

基于上述因素，为了保证干气密封技术在离心压缩机中更好地被应用，需控制干气密封系统。控制流程主要分为主密封器控制、辅助密封器控制和隔离密封控制。主密封器控制流程，密封器从压缩机口出来后，首先经过除雾处理然后进入过滤器。如此时的压力差小于0.345MPa时，增压泵自动开启对密封器进行增压处理。提压后的密封器开始进行气液分离，通过过滤器进入密封器调节阀。当调节阀内气流量达到1614-5663NL/min时密封器进入一级封腔。此时泄漏气经一级密封气泄漏线和孔板被排入火炬。辅助密封器控制流程，氮气经过过滤器过滤后，级间密封器经调节阀将流量控制在65-100NL/min后分两路通过流量孔板进入级间密封气体和密封腔，最终经二级泄漏线进入火炬。隔离密封控制流程为，隔离氮气进入过滤器精滤后，隔离气体经调节阀，控制调量为110-174NL/min，径流量孔板进入隔离气密封腔，进而隔离润滑油。

（三）应用过程中的注意事項

在安装密封系统时，需保持管线、梯形槽的清洁。严格控制密封介质的洁净度和温度，密封气和隔离气的供应要先于润滑油，避免润滑油对气体造成污染，这种状态下极易造成封面的污染和封面的损坏。尽管干气密封本身的可靠程度较高，但还需根据实际情况进行综合考虑，避免出现假信号引起连锁的错误动作。在运行过程中要密切关注相关参数的变化，从中发现干气密封运行的情况变化，必要时可调节干气密封的针型阀调整排气压力。正常情况下，干气密封泄漏量较小基本为总体量的1/5-1/8，但流量测量仪是按照失效流量进行设计和选型，会造成极大的误差。

密封器密封室的压力至少要高于一级排气压力的0.03MP，高于级间排气压力0.03MP。在开机前，必须先停润滑油后停干气密封，停机时密封腔的降压速度不得超过0.5MP/min。开机过程中，低转时间不宜过长，保持恒速运转，在调转速度的过程中尽可能地缓慢操作，避免因波动较大，产生不良影响。

运行过程中需要控制的参数为：差压变压器的压力报警值设定为0.138MPa，差压变大时，及时更换滤芯。增压泵漏气压力报警值设定为大于0.1MPa，当大于0.14MPa时停止增压泵运行。主密封器的流量表报警值设置为大于5663L/min时高报警，小于1614L/min时低报警，报警后需对流量进行调节。级间密封的压力报警值为大于0.0655MPa时为高报警，小于0.0193MPa时为低报警。

为了防止上述现象的发生和警报器报警，应对几个方面进行整改工作。将增压泵的驱动气源改为氮气，以保证气源的清洁和稳定。对所有辅助系统都增加电伴热线，防止损坏密封。完善密封放气系统，将气体直接排向大气。

结论：综上所述，端面结构和操作参数都会对气膜刚度造成影响。在运行过程中，严格参考运行时的注意事项进行操作，增强可靠性，降低消耗，延长其使用寿命。采取干气密封的方式替代传统方式，保持作业的稳定，提升运行效率。

参考文献：

[1]朱海胜.压缩机干气密封技术及其应用[J].化学工程与装备，2021（12）： 183-184.

[2]谢龙.干气密封技术在高速透平压缩机中的应用[J].炼油与化工，2020，31（02）：49-51.

[3]王鹏.离心压缩机故障分析及其维修策略研究[J].机械管理开发，2022， 37（02）：327-328.