压缩机干气密封原理培训教程课件

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缓冲气 – 系统 （带中间迷宫的串联）
n FI, 二级密封缓冲气流量 n PI, 缓冲气压力显示
P 缓冲 > P 泄漏 > P 火炬 二次放空
P 火炬
FI-5
RO
PI
P 泄漏 > P 火炬
差压远传
取自密封气进气管
差压调节器 - DCS
差压调节阀
P 平衡
P 密封 FI-1
FI-2 P 密封
流量调节阀
PI-1
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P 密封> P 平衡
△p = P 密封- P 平衡 = 0.5 to 0.7 Barg
密封气 – 监测
流量显示 监测密封气流量 试车过程中可以采用
差压报警（低报） 当密封气压力降低时报警
PDCV
Discharge or a higher stage of the compressor max.100°C
PDIS H
Flare
N2
Vent
N2/Air
PCV optional
Filter unit
_______ _______ _______ _______ _______ _______
➢非接触性
均匀分布的具有一定数量的浅槽。 槽深6-10微米。 槽形为收敛形状。 具有方向性。 非接触间隙3~5微米。 不能反压工作。
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➢自平衡性
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圆弧槽
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螺旋槽
枞树形槽
John Crane
V形槽
U形槽
Burgmann
W .9 .8 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 0
0
密封温度高 于环境温度
密封温度 低于环境 温度
气体膨胀热量散发
气体粘性剪切产生热量
1
2
3
4
5
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6 膜厚 mm
干气密封综合性能分析软件 -功能
输入
压力、温度、转速、气 体组份、材料、槽形、 、密封几何形状
输出
密封面间隙、泄漏量、 摩擦、功率、温升、气 膜稳定性
软件计算 －气膜厚度
10 168.3mm 密封直径
8
6 4
2
单向螺旋槽 改进型双向螺旋槽
最初的双向螺旋槽 列雷台阶
0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Speed (rpm)
压缩机槽的比较 单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽
n 泄漏高报警 n 泄漏高高报，压缩机联锁
P 泄漏
P 火炬
P 泄漏 > P 火炬
FI-5 HHH
L
高高联锁 高报
RO
PI-6 PT-2
P 泄漏
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一级泄漏控制
流量计： n 测量正常流量 n 监测密封流量 n 流量高 / 低报警
限流孔板： n 根据正常泄漏量确定孔板尺寸 n 当泄漏量快速增长时产生背压
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干气密封结构
串联密封
压力较高，允许少量介质气泄漏到大气中的场合 。 现在一般只在改造机组中应用。
带中间迷宫的串联密封
该结构用于易燃、易爆、危险性大的介质气体。 可以做到工艺介质不会泄漏到大气中，引入的外来气源也不泄漏到
工艺介质中。 。 一般用在循环氢压缩机、天然气压缩机、乙烯、丙烯、氨压缩机，
密封气－控制
防止未过滤的气体进入密封腔 保持与平衡管的压差在 0.3 bar g 以上。 ( 压力控制 ) 保持机内迷宫间隙最大时最小气流速度为 5 m/s。 ( 流量控制 ) 压力与流量的组合控制 ( 压力控制 + 流量控制 )
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密封气 – 压力控制
取自压缩机平衡管
间隙减小
KZ
dFo dh
气膜刚度：气膜开启力的变化与膜厚变化的比值 气膜刚度越大，密封工作越稳定。
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工作原理
30
非接触密封流体静压与流体动压刚性
刚度(GN/m)
20
静、动压组合刚度
10
单纯流体静压
0
1
2
3 压4缩机干5气密膜封厚原(理mm培)训教程课件
非接触密封的热量平衡
差压报警（高报） 监测密封气过滤器或凝聚式预处理过滤器
可选 压力显示－ 密封气供气压力 & PDCV后压力 温度显示－ 密封气温度
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一级泄漏 / 放空
• 在所有工况下，包括密封失效，以一种安全和可接受的 方式来处理密封气的泄漏。
• 保持高于火炬线的正压力。 • 防止从火炬线来的反压。 • 监测一级密封的运行状态。 • 在密封失效时产生停车信号。
弹簧 －哈氏合金C
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干气密封材料 静环材料（Primary Ring）
碳石墨
浸金属 浸树脂 (如强腐蚀性介质) 碳化硅+碳/碳化硅+DLC (如超高压)
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干气密封材料
动环材料（Mating Ring）
碳化钨
钴基 镍基
碳化硅
压力远传： n 密封泄漏较大时高报 n 密封失效时高高报联锁
高高联锁 高报 PT-1
到火炬
H
FI-4
L
止回阀： n 防止
反压 n 确保
流动 方向
PI-5
RO
P 泄漏
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缓冲气系统
• 提供工艺气与环境之间的有效隔离 • 带中间迷宫的串联布置方式采用 • 降低一级密封的泄漏浓度 • 缓冲气应为惰性气体 （ 通常为氮气） • 缓冲气源必须可靠 • 缓冲气质量应与密封气一样 • 缓冲气含氧浓度应小于10％
P 吸气
FI-2 P 排气
P 密封
• 保持正压以防压缩机腔体内未过滤的 工艺气体流向密封腔 封气压力，确保压缩机工
作时通过最小间隙处向机内的平均气流速度 不小于 5m/s，以防止工艺气向外的扩散。
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P 密封 > P 平衡
密封气 – 压力 & 流量控制
取自压缩机平衡管
PDIT
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干气密封主要特征
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干气密封特点
允许最大轴向窜量通常为+ 3.0mm 允许最大径向跳动通常为+ 1.0mm 能在全压下启 / 停 极低的工艺气泄漏 能承受速度和压力的快速变化 由于非接触的特点，理论上密封寿命可以认为没有限制
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P 平衡
PDIT
差压远传
取自密封气进气管
差压控制器 - DCS
差压控制阀
P 密封 FI-1
PI-1
P 密封 FI-2
流量计 (可选)
从过滤器来的密封气
P 密封 > P 平衡
压差△p = P 密封 - P 平衡 = 0.3 Barg (最小)
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密封气 – 流量控制
P 平衡
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一级泄漏 / 放空
n 一级泄漏到火炬 n FI-4 & 5, 一级密封泄漏量 n RO- 在排放线产生背压 n PI-5 & 6, 压力显示，监测一级泄漏压力
高高联锁
高报 PT-1
PI-5
到火炬
H
FI-4
L RO
n PT-1 &2，压力远传，提 供 4 ～ 20 mA 信号到 DCS.
干气密封培训课件
恒力集团
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干气密封结构
单端面干气密封
用于密封失效时允许少量介质气泄漏到大气中的场合。 一般在空气、氮气、二氧化碳机组中使用
双端面密封
主要用于压力不高的有毒、易燃、易爆气体。 适应于机组入口负压或者压力较低的情况。 必须允许微量氮气进入机组。 常用于富气、解析气压缩机及各种改造的氨冰机。
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干气密封典型结构
特点：与高速机械密封相比，密封面宽、旋转环（硬环）密封面刻有微米量 级的动压槽，密封面分为槽区和坝区两部分。
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干气密封材料
旋转环 －碳化钨 / 碳化硅
静止环 －碳石墨/ 碳化硅+碳/碳化硅+DLC
金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它
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干气密封的定义及特点
1. 定义 干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简 称。 2. 特点 以气封气、非接触、气膜润滑、低功耗、长寿命、高可靠性、 低运行维护费用。
密封气－来源 • 压缩机出口气体 • 压缩机段间气体 • 外部气体
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密封气－质量
• 密封气过滤 – 小于 3um
(过滤)
• 温度应至少高于露点温度10℃以上
( 保温 / 蒸汽伴热 或 电加热)
• 密封气无液
( 凝聚式或Knockout 预处理过滤器 )
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T形槽
Flowserve
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圆弧槽泵送原理 旋向
气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝
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双向槽泵送原理
旋向
气体向中心泵送
密封坝
气体受压，压力升高，产生间隙
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气膜刚度
- 单向槽 v 双向槽
100
90
单向螺旋槽
80
改进型
70
双向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 168.3mm O/B Seal
Film Stiffness (MN/m)
60
50 40 最初双向螺旋槽
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
Min'm Film Thickness (um)
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Min'm Film Thickness (um)
P 吸气 : 20 barg，40 ℃ P 排气 : 40 barg，70 ℃
9000 rpm
P 平衡 : 20 barg
P 密封 : 20.3 barg，70 ℃ FI-1&FI-2 处流量 = 一级密封泄漏量 ( @20.3 barg&70 ℃)
P 密封
FI-1
FI-2
P 吸气 P 排气
优点：动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力强。 缺点：不能反转。 双向槽：枞树、T、双L 优点：可以长时间反转； 缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小，抗外界扰动能力
较弱。
推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。
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正常间隙
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间隙增大
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合成气压缩机等 该结构复杂，但由于其可靠性最高，目前在中高压的离心压缩机轴
封中已成为标准配置。
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气膜密封端面结构 双向旋转功能的 “T”型槽
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气膜密封端面结构 单向旋转功能的端面螺旋槽
反应烧结（不用） 常压烧结（或称无压烧结） 液相烧结 – 超高压
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干气密封材料
碳化钨 （钴基）
韧性好 强度高 钴基不耐腐蚀 镍基抗腐蚀性较好 碳化硅 抗腐蚀性好 易碎 – 怕磕碰、易缺边
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干气密封的工作原理
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FIS L
FO PI
PIS H
_______ _______ _______ _______ _______ _______
FIS L
FO
Filter unit
_______ _______ _______ _______ _______ _______
FI optional
PIS L
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工作原理302010膜厚mm静动压组合刚度单纯流体静压非接触密封流体静压与流体动压刚性非接触密封的热量平衡膜厚mm密封温度低于环境温度密封温度高于环境温度气体膨胀热量散发气体粘性剪切产生热量干气密封综合性能分析软件功能压力温度转速气密封几何形状输入输入输出输出密封面间隙泄漏量摩擦功率温升气膜稳定性干气密封特点允许最大轴向窜量通常为30mm允许最大径向跳动通常为10mm由于非接触的特点理论上密封寿命可以认为没有限制低能量消耗能耗低于1kw?无磨损干气密封为非接触密封端面分离的间隙大约为35?不需要密封油系统无油污染?减少气体泄漏集装式设计易安装保护关键密封组件ventairfisfioptionalpcvoptionalflarefisfilterunitfilterunitdischargehigherstagecompressormax100c密封气来源外部气体密封气质量小于3um凝聚式或knockout预处理过滤器密封气控制防止未过滤的气体进入密封腔保持与平衡管的压差在03bar密封气压力控制pdit取自压缩机平衡管取自密封气进气管平衡差压控制器03barg最小差压控制阀pi1fi2fi1流量计可选从过滤器来的密封气密封气流量控制吸气
P 密封
+ 通过压缩机迷宫的泄漏量
( @ 20.3 barg ( 0.3 bar 压差) & 70 ℃，9000 rpm )
P 密封 > P 平衡
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密封气 – 流量控制
P 平衡
保持充足的密封气流量。
保持正压以防压缩机腔体内未过滤的 工艺气体流向密封腔
P 密封 FI-1
•必须保持足够的密保持充足的密封气流量。
低能量消耗 能耗低于1KW
•无磨损 干气密封为非接触密封（端面分离的间隙大约为3－5 µm）
•不需要密封油系统 无油污染
•减少气体泄漏
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取消了密封油系统 减少了维修费用 节能 防止了油系统的污染 减少新机器的成本 集装式设计易安装，保护关键密封组件
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