干氣密封損壞的故障分析

摘 要：干氣密封是一種磨損量小、泄漏率低和使用壽命長的新型非接觸式機械密封，正在逐步取代其他形式的機械密封，本文介紹了干氣密封的結構、基本工作原理及干氣密封的故障分析。

關鍵詞： 干氣密封；故障分析

在現代石油化工工業中，有很多易燃、易爆、有毒、有害的介質，一旦大量泄漏， 后果不堪設想。干氣密封作為一種新型非接觸型機械密封，其特點是低磨損、低泄漏和壽命長，所以其應用范圍也較為廣泛。

1 干氣密封簡介

1.1 密封結構

干氣密封的結構與普通機械密封基本相同，也由動環（旋轉環） 、靜環、補償機構、密封圈和軸套等組成。干氣密封的動環的光潔度及平面度非常高，而且在其端面上加工一些特種槽，主要有圓弧槽、直線槽型和T 型槽型等[1] 。

1.2 干氣密封基本原理

當設備旋轉時密封氣體被泵入到動環密封面所開的槽根部， 根部沒有槽的地方為密封壩，由于密封壩的節流作用， 增加進入密封面的氣體的壓力，在該氣體膜壓力的作用下， 使得動、靜環密封面脫離， 產時一個很小的縫隙。當氣體壓力、彈簧力形成的閉合力與氣體膜壓力達到平衡時。動靜環密封面處便會形成一層非常穩定且厚度一般在3μm左右的氣膜， 該氣膜能夠保證密封的正常運轉。在穩定狀態下， 作用在密封面的彈簧力和介質壓力之和等于氣體膜壓力，氣膜是在設計工作間隙內工作。當受到外力干擾時，使得動、靜環密封面間隙逐漸降低， 氣膜的厚度也在減小， 與此同時氣膜的壓力在增加， 使得密封端面間隙增大， 恢復到平衡狀態。反之， 密封氣膜厚度再逐漸增大， 則氣膜壓力就會變小， 密封面間隙恢復到正常值。由于動、靜環密封面是分離狀態沒有接觸，所以不會輕易導致密封損壞。

2 干氣密封故障分析

干氣密封使用過程中，造成故障的原因很多，大致分為以下幾種：

2.1 設備機械振動引發干氣密封損壞

設備安裝時主軸的跳動值，各汽、油封以及軸瓦的間隙值是否合適，設備操作過程中出現的波動等，都會影響干氣密封體的正常使用，甚至導致密封損壞而泄漏。設備的推力瓦間隙值應小于干氣密封的要求值，否則會造成氣膜間隙不穩定或大或小，從而引起密封彈簧力不能夠在正常的范圍內工作，導致彈簧斷裂。轉子的徑向軸瓦的間隙值的大小也是非常重要的，必須符合設備檢維修相關技術規范要求，這樣可保證設備在運轉過程中密封氣膜面積的穩定性。另外，干氣密封徑向軸承和機體腔內相連處的迷宮式密封間隙也非常重要，它直接影響到干氣密封體是否能夠形成獨立的運行環境。

2.2 干氣密封系統內有雜質會導致密封損壞

由于干氣密封面的工作間隙一般為3μm，所以必須保證干氣密封系統內無雜質，尤其是第一次投用密封時更是非常重要。干氣密封系統的清潔是指流經系統內的清潔氣體以及整個本體系統。本體系統一般指機體上各個連接管線與密封的連接處以及干氣密封的系統管線。在干氣密封安裝時和設備運行前，必須對密封腔體及相連的氣孔以及系統管線使用干燥的氮氣吹掃干凈確保整個密封系統清潔無雜質。對于出現的雜質用和好面沾凈，最后用白絲布檢查，嚴禁任何水、油污物和機械雜質存在；密封控制柜和干氣密封體之間的所有系統管線必須使用不銹鋼材質，而且要使用清潔劑浸泡或清洗，然后使用氮氣吹掃干凈，最終通過技術手段檢驗系統的清潔度[2]。

2.3工藝參數的改變引起系統的波動導致密封損壞

在設備整個工藝流程的操作過程中，偶爾會由于系統上工藝參數的變化，致使設備運行情況發生改變，這些工藝上波動會給密封帶來不同程度的損傷甚至損壞。工藝運行的不穩定因素，會使機體密封腔內氣體的流量和壓力發生較大變化，到達一定程度時，機體腔內氣體的最高壓力可能會比密封氣體壓力高出許多，這樣會導致干氣密封的密封面內存在部分顆粒物質抑或雜質，因密封面間隙非常小使得密封面出現損傷。此外，設備工藝上波動也會引起設備發生喘振現象，設備發生喘振對整個機組系統的運行非常不利危害也是非常大，與此同時也會影響干氣密封的正常運行。

2.4 干氣密封系統本身的不穩定因素

干氣密封的工作原理是在動、靜環密封面形成氣膜，氣膜必須在在有穩定的壓力以及流量的前提下，通過設計好的螺旋糟才能夠形成。一般在現場設計中，會利用來自設備系統外的氮氣和來自設備出口的氣體實現干氣氣源在實際操作中壓力和流量的穩定性。與此同時，會在干氣密封上設置兩個合適的過濾器，一個正常使用，一個處于備用狀態，由此可知，如果能夠保證干氣密封的氣源流量和壓力的穩定，密封失效的現象發生非常少，多數是由于工藝上的誤操作所致。

2.5 設備啟停過程與突發狀況的處理

設備啟用或者停車過程是一個動靜的轉換過程，也是工藝介質狀態的轉變過程。設備一般在啟用或者停運前，都會對系統內的氣體進行置換，置換氣體的過程中要時刻監控好氣體流量和壓力，步步確認，防止流量或壓力的增加導致氣體軸向泄漏量加大，致使動靜環的外作用力突然加大，損傷干氣密封。相比較來說，突發狀況導致設備緊急停車對設備本體及干氣密封的傷害更大，所以要嚴格執行緊急停車的操作規程，防止出現錯誤的操作致干氣密封受到損傷或者損壞。

3 結束語

干氣密封的故障分析，應基于其基本結構及工作原理。同時我們一定也要熟悉設備的結構、工作原理及工藝條件，才能將故障診斷分析的越來越精確，確保干氣密封正常運行。

參考文獻

[1] 林崢.使用密封手冊[M].上海：上海科學技術出版社，2008.

[2] 周國良等編.化工設備技術問答叢書———技術問答[M].北京：化學工業社，2009.

作者簡介

隋健（1983-），男，漢族，，黑龍江省哈爾濱人，畢業于遼寧石油化工大學，過程裝備與控制工程專業，工程師，主要從事煉油設備管理工作。