串聯式干氣密封在離心式壓縮機上的應用

劉 超 于震遠 曹萬林

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽110869）

離心式壓縮機的干氣密封結構由靜密封，動環組件，靜環和彈簧組成。在密封無負荷的狀態下，靜環和動環組件將在彈簧的作用下進行配合。但是動環組件配合表面上存在有螺旋槽，因此，動環組件和靜環的配合在表面平整度和光潔度上具有更高的要。在工作時，氣體將隨著轉子轉動進入到螺旋槽根部，而無槽區域則被稱之為密封壩。此時，氣體流動會受到來自于密封壩的阻力作用，繼而使氣體模壓增加。而在密封壩內側也含有反向螺旋槽，可以起到改善組件表面壓力分布的作用，可以使組件間的氣隙能力增大。在氣體壓力與彈簧力產生的壓力相等時，結構內部的靜環表面與動環組件之間將產生一個平衡間隙，并產生一層氣體薄膜，繼而起到密封作用。

1 干氣密封的結構類型

1.1 單端面結構（圖1）

單端面干氣密封在運行過程中會有少量工藝氣體泄漏到大氣中，適用于例如氮氣壓縮機，空氣壓縮機，二氧化碳壓縮機和其他無污染的介質。

圖1 單端面結構干氣密封

1.2 雙端面結構（圖2）

雙端面干氣密封這種結構允許少量的密封氮氣泄漏到離心式壓縮機的工藝氣體介質中，其可以使工藝介質對大氣的泄漏為零。適用于有毒，有害，易燃，易爆的低壓工藝介質，以及離心式壓縮機工作工況要求無泄漏的生產條件。

1.3 串聯式結構（圖3）

該結構安全可靠，但是少量工藝氣體會泄漏到大氣中，并且外部氮氣不會進入工藝流程。負壓到高壓都能夠使用該結構，其主要用于現場不供應氮氣的管線壓縮機，需要回收一級泄漏氣體的冷劑壓縮機等。

圖2 雙端面結構干氣密封

圖3 串聯式結構干氣密封

1.4 帶中間迷宮的串聯式結構

這種結構具有最高的安全性和可靠性，同時，沒有工藝氣體泄漏到大氣中或外部氮氣進入工藝過程，并且適用于各種壓力條件下的有毒，易燃易爆工藝介質。

2 串聯式干氣密封的流程

目前的密封設計允許采用串聯密封裝置應用到特殊的離心式壓縮機中。串聯密封在適當調節密封氣體和避免密封反向增壓的應用中表現良好。當密封面外徑上的壓力低于內徑上的壓力時，即發生密封的反向增壓，密封供氣壓力(Psg)小于排氣壓力（Pv）。最容易進行密封反向增壓的應用場合是低壓應用場合，在這種場合，吸入壓力的大小與排氣壓力相似。干氣密封在離心式壓縮機應用場合必須采取預防措施，以避免其反向增壓，從而采用增加隔離密封氣的方式。

2.1 一級密封氣系統

丙烯氣體在制造中被用作密封氣體，精制系統中的丙烯通過丙烯蒸發器形成丙烯氣體，丙烯氣體的壓力比工藝氣體高0.2～0.3MPa，作密封氣體使用時需要過濾，是為了防止來自密封氣體的灰塵，油霧和其他雜質對密封端面造成損壞。通過壓差計監控過濾器的運行狀態，并在壓差增加時進行切換。過濾后的丙烯氣體通過流量調節閥進入一級密封。其中需要注意的是，為了防止丙烯氣體冷凝而產生的水冷凝到密封腔中，管線必須經電伴熱將溫度保持在120°C 左右，以免密封環被損壞。高壓氮氣通常被用作丙烯氣體的備用源，在啟動設備之前和在特殊情況下會轉化為密封氣體。

2.2 二級密封氣和隔離氣系統

氮氣傳統上被用作雙密封應用的密封氣體。由于氣體的純度，用氮氣作為密封介質的密封件比用工藝氣體密封的密封件失效的幾率要小。由于氮氣密封有少量泄漏進入壓縮機腔內，所以在完全不含氮氣的工藝中不能使用氮氣密封供應的雙密封。

通過減壓閥，使公用工程過濾后的氮氣被注入時的壓力變為0.5 MPa，在進一步過濾后，二級密封的流量由流量調節閥控制。

隔離氣體還使用0.7MPa 氮氣作為氣體源，在進入隔離腔之前通過減壓閥將壓力降低到0.5MPa。旨在防止壓縮機軸承中的潤滑劑竄入干氣密封件并損壞密封圈。潤滑油泵的啟動條件是由自立式調節閥控制注入的壓力，將其注入到壓縮機密閉腔的兩側，并通過壓差計監控其壓力。潤滑油泵必須將壓差保持在低報才會被允許啟動。

2.3 密封氣泄漏監測系統

除了一些進入機體內的主要密封氣體外，一小部分會通過第一密封環泄漏，并與第二緩沖氣體混合進入火炬系統。同時，三個在線儀表會檢測出排放線中密封氣體的排放量，從而減少了只有一個儀表的不準確性和偶然性引起的誤差。其會根據三選二邏輯生成了一個停車信號，從而使壓縮機停止工作。二級密封的泄漏和隔離的氮氣一起會排放到火炬中，并且為了檢測二級密封件的泄漏量，在排放線上還需安裝流量計。

3 密封運行時注意事項

干氣密封系統配備了諸如液體分離，除沫和干燥過濾之類的控制程序，對監控主密封氣體和輔助密封氣體的清潔度，實時監視過濾系統的過濾元件有很高的要求，需要及時檢查與更換。為確保密封氣體干燥清潔，應及時更換密封氣體，且其中不應包含雜質和液滴。必須實時監控主密封氣體和密封泄漏氣體的溫度，流量和壓力等控制參數，并且通過監控這些參數，以確保干氣密封的實際運行狀況。

（1）防反壓串壓：工藝介質的反壓串壓會導致密封環的損壞。

（2）防反轉：單向螺旋槽干氣密封反向旋轉會損壞密封環。

（3）暖機：避免在過低的暖機轉速下連續運轉，干氣密封允許的最低暖機轉速與干氣密封規格有關。暖機轉速切忌過低。

（4）盤車：避免在過高的盤車轉速下連續盤車，干氣密封允許的最大盤車轉速與干氣密封的規格有密切關系。盤車轉速切忌過高，盤車時間不宜過長。

（5）避免或減少振動：干氣密封的使用條件應使運行機組滿足API617 的振動要求。

（6）泄漏趨勢：泄漏量的監控和漏量報警，可以實時了解密封的實際運行狀況。

（7）氣體品質：應密切關注干氣密封所需密封氣的氣體品質情況，定期檢查和更換干氣密封控制系統的過濾器、聚結器、加熱器等，確保干氣密封處于干凈、干燥的工作環境。

（8）氣源的穩定性和連續性：應保證密封氣源的連續性和穩定性，包括密封氣和隔離氣等。避免因斷氣和流量不足造成工藝介質倒灌或潤滑油進入密封。

（9）排凝：排除凝液，避免液滴對密封系統的沖擊。

綜上所述，干氣密封系統具有功耗低，泄漏少，工作周期長，可靠性高，操作維護方便等優點。廣泛用于化工廠的大型離心分離機。近年來，隨著越來越多的高溫高壓和液化氣及其他高風險機泵使用干氣密封，設備維護和維護人員對學習操作和維護干氣密封的要求也越來越高。關于設備的選擇，有必要根據各種需要選擇合適的干氣密封類型。在運行方面，必須避免發生密封失效事件，以實現機組泵的安全可靠運行。這些是相關技術人員需要學習和掌握的基本知識。