上游泵送干氣密封設計

王玉鵬 楊正寬

摘 要：干氣密封是非接觸式機械密封，其原理是在一組摩擦副的動環上，刻有一定形式的淺槽，在摩擦副相對轉動后，淺槽產生動壓效應，將摩擦面推開，達到非接觸的效果。常規的干氣密封，在動環上刻有動壓槽，隨著轉動，介質被向內泵送到動壓槽的根部，向圓內側泵送，當由氣體壓力和彈簧力產生的閉合壓力與氣膜的開啟壓力相等時，便建立了穩定的平衡間隙，即利用螺旋泵效下游泵送，使介質通過摩擦副而產生氣膜，達到非接觸密封的目的，介質側的高壓介質會通過動靜環之間的間隙，漏向大氣側一小部分，并且動壓槽槽型方向也是將高壓側的介質推向大氣側，此過程中，介質氣會泄漏排出一部分，泄漏后的介質氣基本都做燒掉處理，雖說浪費的介質不多，但長時間運行，消耗量也是很大。本篇文章介紹的上游泵送干氣密封將徹底解決傳統干氣密封浪費介質氣的問題。

關鍵詞：上游泵送；干氣密封；介質氣；消耗。

Wang Yupeng Yang Zhengkuan

（Dalian JiuTech Seals Co.，Ltd. ， Dalian Liaoning 116039， China）

（Dalian Tiansheng General Machinery Co.，Ltd. Dalian Liaoning 116025， China）

Abstract：Dry gas seal is a kind of non-contact mechanical seal， there are shallow grooves on the face of the rotary ring which will cause hydrodynamic effect when seal faces start rotating， the hydrodynamic effect push the seal faces away from each other and keep non-contacting. For conventional dry gas seal， the medium will be pumped to the bottom of the hydrodynamic grooves when rotating， a stable balancing film will be established when the closed pressure produced by the gas pressure and the spring force is equal to the opening pressure of the gas film， it use the downstream pumping effect cause by the spiral pump to push the medium pass the seal faces and generate gas film to keep the seal face non-contacting. A small part of the high pressure medium will leak to the atmospheric side through the gas film and its hydrodynamic grooves enhance this process， the leakage gas medium are generally burned out， although the quantity of the leakage gas are few， but the total wastage is huge over long time operating. The upstream pumping groove dry gas seal introduced in this paper will solve the wastage medium problem of the conventional dry gas seal completely.

Keywords： upstream pumping； dry gas seal； medium gas； wastage

一、干氣密封的介紹

1、干氣密封應用

由于化學工業的發展，各種大型化工廠、煉油廠的建立，離心壓縮機就成為壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器，而占有極其重要的地位。有些化工基礎原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纖維、橡膠等重要化工產品。在生產這種基礎原料的石油化工廠中，離心壓縮機也占有重要地位，是關鍵設備之一。除此之外，其他如石油精煉，制冷等行業中，離心壓縮機也是極為關鍵的設備。而干氣密封是離心式壓縮機軸封的最重要零配件之一。離心式壓縮機和干氣密封的結構如圖1所示。

當離心式壓縮機運轉時，干氣密封同步運轉，來阻隔介質側的工藝氣向大氣側泄漏。當干氣密封運轉時，摩擦副之間需要氣體潤滑膜。介質側的一組摩擦副的氣膜是靠的工藝氣體自身實現的，大氣側的一組摩擦副的氣膜是靠氮氣作為緩沖氣實現的。如此阻隔工藝氣向大氣側泄漏。在兩組摩擦副之間收集起來的泄漏的氣體排入火炬管線燒掉。大氣側泄漏的氮氣直接排向大氣。如圖2所示。

2、干氣密封原理

干氣密封屬于非接觸式機械密封，原理如圖3所示，干氣密封的摩擦副即一組干氣密封動、靜環（圖中3、5號件），其原理是在一組摩擦副的動環上，刻有一定形式的淺槽，在摩擦副相對轉動后，淺槽產生動壓效應，將摩擦副的接觸面推開，達到非接觸的效果。常規的干氣密封，在動環上刻有動壓槽，隨著轉動，介質氣被向內泵送到動壓槽的根部，向圓內側泵送，槽根部以外的無槽區稱為密封壩，密封壩對介質流動產生阻止、抑制作用，增加氣膜壓力，貼合表面間的壓力使靜環表面與動環脫離，保持一個很小的間隙，當由氣體壓力和彈簧力產生的閉合壓力與氣膜的開啟壓力相等時，便建立了穩定的平衡間隙。

間隙產生后，即利用螺旋泵效下游泵送，使介質氣通過摩擦副而產生氣膜，達到非接觸密封的目的。介質側的高壓介質氣會通過動、靜環之間的間隙，漏向大氣側一小部分，并且動壓槽的槽型方向也是將高壓側的介質推向大氣側，此泄漏部分可以通過調整密封參數來控制其泄漏量。各大化工廠將泄漏后的介質氣基本都做燒掉處理，雖說浪費的介質不多，但長時間運行，存在浪費大量的介質氣。

二、干氣密封改型后論述

在化工產品生產過程中，有些介質氣非常珍貴，例如丙烯、乙烯、氨氣等氣體，因干氣密封的需要，長時間泄漏會帶來較大的浪費而帶來較大損失。本文以下介紹的內容是改變密封摩擦副，同樣使摩擦副動、靜環的密封面打開小間隙，形成穩定氣膜，實現干氣密封摩擦副非接觸原理，并且還能降低介質氣浪費，或讓這種浪費降低到零。這樣改變摩擦副以后，有益效果是解決了常規干氣密封存在的泄漏介質氣的問題，避免介質氣或者工藝氣浪費或大量消耗。

實現上述目的本文所采用的技術方案是，改變配對的動環和靜環的本身結構。改變干氣密封泵送方向，讓介質側的工藝氣體再重新泵回介質側內，這樣可以使非接觸機械密封達到工藝氣零泄漏。

1、將動環的動壓槽的槽型改為上游泵送。如圖4所示。

2、靜環的摩擦面上沿圓周方向開設有環槽，環槽與靜環同軸，靜環沿圓周均勻分布有與動環的動壓槽對應的氣孔，氣孔貫穿靜環且其一端穿過環槽與動壓槽對應。如圖5所示。

改后的動、靜環配合使用，其狀態如圖6所示。設備停止狀態，動環不旋轉，密封內壩區起到密封作用。設備開啟后，動環的使用旋向如圖4所示，動壓槽的槽型呈上游泵送趨勢，介質由動壓槽的槽根部引入后，推向遠離圓心的動壓槽的槽頂處，被泵送的介質流向與介質受到離心力方向相同；靜環沿圓周均勻分布有與動環的動壓槽對應的氣孔，氣孔貫穿靜環，且其一端與動壓槽的槽根部對應，通過氣孔引氣。

由于動環槽區的每一個動壓槽都是獨立不連續的，動環轉動時動壓槽會出現盲區吸不到氣體，會出現短時負壓，引起摩擦副之間氣膜不穩定，導致摩擦副接觸，使得干氣密封失效，因此為保證每一個動壓槽能時刻吸到氣體，在靜環摩擦面上沿圓周方向開設環槽，環槽與靜環同軸，氣孔一端穿過環槽，環槽與動壓槽的槽根部對齊。

根據工況的不同，氣孔的另一端可開設于靜環的不同位置，當介質側是氣體，且介質側不允許混入其他氣體時，則氣孔需開在靜環的介質側方位，也可開設于靜環摩擦面的對面，或開設于靜環的外周面，而當介質側是液體或是介質側是氣體但允許混入其他氣體時，則氣孔需開在靜環的非介質側方位，即靜環的內周面，介質由靜環氣孔另一端引氣到靜環摩擦面的環槽部分，為動環提供氣源，實現上游泵送。

介質氣通過氣孔、環槽，再由上游泵送泵入介質內，實現介質氣在小范圍內循環，介質流向圖見圖7所示。這樣既滿足了干氣密封的氣膜要求，又達到了零泄漏，不浪費介質氣。利用此項技術，會給各大化工廠帶來巨大經濟效益。

以上所介紹的干氣密封特點是，區別于傳統的干氣密封，通過簡單結構改變，改變干氣密封的泵送方向。有效避免介質的浪費或大量消耗，降低了化工企業的生產成本。

三、 結束語

此種改型后的干氣密封經過實踐證明，改后的干氣密封結構經受住現場種種苛刻條件的考驗，保證了密封能夠長周期穩定地運轉。并且為用戶避免巨大的化工介質浪費。

作者簡介：

王玉鵬（1981—），本科，工程師，從事流體機械密封研究、設計。

楊正寬（1982—），本科，工程師，從事合成橡膠后處理干燥設備研發、設計。