干气密封介绍教材

双端面机械密封与干气密封系统比较
2、干气密封工作原理
典型的干气密封结构如图1所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈 以及弹簧座和轴套组成。图2所示为干气密封旋转环示意图，旋转环密 封面经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。
图1 干气密封结构示意图
干气密封旋转环旋转时，密封气体被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封 坝流动。由于密封坝的节流作用，进入密封面的气体被压缩，气体压力升高。在该压力作用下， 密封面被推开，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，此气膜厚度一般在3微米左 右。当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，气膜厚度十分稳定。
3．（1）压缩机带中间梳齿串联式干气密封HXGS-YFAMA
串联式带中间梳齿干气密封是高速离心压缩机轴封中采用得最多的一种密封形式；适用于不允许工艺气泄漏到大气中的工况 。该 结构型式的干气密封，第一级密封气为工艺气，第二级密封气为氮气。一级泄漏出的全部工艺气和通过中间梳齿泄漏的大部分氮气由 火炬线排出。二级密封泄漏出的气体为氮气，从放空管线排出。主密封承受全部工作压力负荷，二级密封作为保护密封在低压下运行。 主密封失效后，次密封可起到主密封的作用，保证机组安全。密封气为工艺介质气体，保证了工艺介质不受外来气体的污染。密封非
三）.釜用双端面干气密封:HXGS-JFB
一） 1．压缩机用单端面干气密封HXGS-YFA 单级干气密封主要用于允许少量工艺气泄漏到环境中的场 合。 适合介质：空气、N2、CO2、蒸汽等对环境无污染介质。
2．压缩机双端面干气密封HXGS-YFB
密封采用双端面结构，密封气体为外部引入的非工艺介质气体，密封气压应高于工艺气体压力0.15—0.3MPa；该 结构适用于有毒、可燃或工艺中含有颗粒的气体。密封非接触运行，具有很长的使用寿命（5年以上）及很低的功 率消耗。双端面干气密封结构主要用于输送有毒、易燃、易爆气体的场合。该类密封一般采用氮气作为阻封气体。
3、密封采用双平衡结构设计，不管 内侧密封承受正压差或负压差作用， 内侧密封都能实现密封。
4、内侧密封和外侧密封静环（或动 环）密封面上的流体动压槽刻在密 封面的外径处。
5、该种布置方式主要适用于密封腔 长度较短的离心泵和各类不含固体 颗粒的介质，保证被密封的工艺液 体介质实现“零泄漏”或“零逸 出”。
密封采用双平衡结构设计， 不管内侧密封承受正压差或 负压差作用，内侧密封都能 实现密封。
内侧密封和外侧密封静环 （或动环）密封面上的流体 动压槽刻在密封面的外径处。
该种布置方式主要适用于各 类不含固体颗粒的介质，保 证被密封的工艺液体介质实 现“零泄漏”或“零逸出”。
泵用双端面干气密封API 682 Plan74
１、适应用于气源 压力稳定、泵出口 压力不高，工艺上 允许有少量密封气 进入的场合；
２、适用于有毒液 体如苯类介质，液 体中含固体颗粒如 碱液；
３、适用于易抽空 的场合中。
1、（2）.泵用共用动环双端面干气密封HXGS-PB2
1、共用动环双端面干气密封由两套 干气密封背靠背布置形成。
2、两套密封间充入洁净的密封气 （一般为氮气），其压力高于密封 腔被密封介质压力为0.15MPa 左右。 微量密封气的通过内侧密封的密封 面进入泵腔，部分隔离气通过外侧 密封的端面进入环境中，进入环境 的密封气为洁净的密封气，完全符 合环保要求。
二） 1、（1）.泵用标准双端面干气密封HXGS-PB1
标准双端面干气密封由两套 干气密封背靠背布置形成。
两套密封间充入洁净的密封 气（一般为氮气），其压力 高于密封腔被密封介质压力 为0.15MPa 左右。微量密封 气的通过内侧密封的密封面 进入泵腔，部分隔离气通过 外侧密封的端面进入环境中， 进入环境的密封气为洁净的 密封气，完全符合环保要求。
4、主密封泄漏的工艺介质随密封气 排入火炬，保证工艺介质不向大气泄 漏。一旦主密封失效，干气密封能在 短时间内起到主密封作用，防止工艺 介质向大气大量泄漏。
5、适用于轻烃、低温类易挥发性介 质，特别是泵送介质压力较高的场合。
串联式泵用干气API 682Plan71
API 682 Plan71适用范 围 1、适应在没有氮气的 地方； 2、应用范围和Plan72 是一样； 3、比较适合小型地方 炼油厂 API 682 Plan71优缺点 1、72方案的优点基本 都有，但少了一点延 长密封使用寿命， 2、可以完全取代串联 机械密封（plan52)， 比串联机械密封优越， 因为少了密封油罐辅 助系统， 3、寿命可达1.5～2年， 比串联式机械密封寿 命高。
三）釜用干气密封HXGS-JFB
应用于低压反应 釜和搅拌器设备
一）. 离心压缩机、风机常用干气密封结构 1、单端面干气密封控制系统 2、双端面干气密封控制系统 3、串联式干气密封控制系统 (1).带中间梳齿串联式干气密封控制系统 (2).不带中间梳齿串联干气密封控制系统
二）.泵用干气密封 1、双端面控制系统 2、串联式结构控制系统
干气密封技术
提纲
一、干气密封概述和工作原理 二、干气密封典型结构 三、影响干气密封性能的主要参数 四、干气密封与机械密封的性能对比
干气密封概述和工作原理
1、干气密封概述
干气密封是二十世纪六十年代末期从气体动压轴承的基础 上发展起来的一种新型非接触式密封。该密封利用流体动力学原 理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。 经过数年的研究，英国的约翰克兰公司于七十年代末期率先将干 气密封应用到海洋平台的气体输送设备上，并获得成功。干气密 封最初是为解决高速离心压缩机轴封问题而出现的，由于密封非 接触运行，因此密封磨擦副材料基本不受PV值的限制，特别适 合作为高速、高压设备的轴封。随着干气密封技术的日益成熟， 其应用范围也越来越宽广，日前，干气密封正逐渐在离心泵及搅 拌器上得到应用。
(1).带中间梳齿串联式干气密封：HXGS-YFAMA (2).不带中间梳齿串联干气密封；HXGS-YFAA
二）.泵用干气密封HXM/GS-P
1、双端面结构 (1).标准双端面:HXGS-PB1 (2).共用动环双端面：HXGS-PB2
2、串联式结构（机械密封+干气密封）； HXMGS-PAMAG1
3 端面比压、动密封圈过盈量 干气密封端面比压和动密封圈过盈量都是非常小的
4）密封轴径、转速 实验研究表明，轴径越大，转速越高，密封泄漏量越大
5）介质压力、温度、粘度 在密封端面间隙一定情况下，压力越高密封气泄漏量越大， 温度影响介质制粘度，随意对密封泄漏良影响不大
干气密封与机械密封的性能对比
液态烃泵用串联式干气密封机与机械密封的比较
串联式泵用干气API 682Plan72
API 682 Plan72适用 范围 １、泵出口压力高 的轻烃类介质，现 场用低压氮。
２、易挥发的介质： 如乙烯、丙烯、丙 烷、甲烷、乙烷、 氨水等。
3、介质中不允许氮 气进入的场合 。
API 682 Plan75（用于不易挥发介质）
API 682 Plan75适应范 围 1、用于泵出口压力高， 氮气压力低的场合； 2、易挥发介质含C5以 上不易挥发的重组分； 3、不易挥发流体中含 如有H2S等巨毒气体， 如富胺液，含硫污水， 氨水等。 API 682 Plan75优点 １、解决了液体中含 巨毒气体的泵用密封 泄漏对环境和安全的 影响。 ２、扩大了密封允许 的泄漏量，延长了密 封的使用寿命。
接触运行，具有很长的使用寿命（5年以上）及很低的功率消耗。
（2）压缩机串联干气密封HXGS-YFAA
串联干气密封适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况。串联式干气密封通常情况下采用2级结构，第I级密封 （主密封）承担全部或者大部分负荷，第II级密封作为备用密封承受很小的差压。通过主密封泄漏出的工艺气大部 分由火炬线排出，少量工艺气通过II级密封泄漏出，通过放空管线排空。当主密封失效时第II级密封起主密封的作 用，保证工艺介质不向大气泄漏。
可见，干气密封的密封面间形成的 气膜具有一定的气膜刚度，气膜刚度越 大，干气密封抗干扰能力越强。密封运 行越稳定可靠。干气密封的设计就是以 获得最大的气膜刚度为目标而进行的。
干气密封典型结构
一）. 离心压缩机、风机常用干气密封结构HXGS-YF
1、单端面干气密封:HXGS-YFA 2、双端面干气密封:HXGS-YFB 3、串联式干气密封
2、串联结构干气密封HXMGS-PAMAG1
1、干气密封与接触式机械密封串联 布置，内侧机械密封为主密封，外侧 干气密封为备用密封。
2、机械密封与干气密封间充入一定 压力的洁净缓冲气（一般为氮气）， 该压力低于被密封的液体介质压力。
3、干气密封非接触运行，保证主密 封具有一定的背压，能有效地降低甚 至避免因主密封端面间液膜的气化 （或汽化），极大地延长了主密封的 使用寿命。
三）.釜用双端面干气密封控制系统
影响干气密封性能的主要参数
1) 密封端面动压槽形状 研究表明，螺旋槽形结构产生的流体动压效应要强于双
向旋转结构，如对数螺旋槽、阿基米德螺旋槽、圆弧槽、等；
2) 密封端面动压槽深度、数量、宽度、长度 研究表明，பைடு நூலகம்气密封流体动压槽深度与气膜厚度为同一
量级时密封的气膜刚度最大。在其余参数确定的情况下，动 压槽深度有一最佳值。理论研究表明，动压槽数量趋于无限 时，动压效应最强。不过，当动压槽达到一定数量后，再增 加槽数时，对干气密封性能影响已经很小,干气密封动压槽 宽度、动压槽长度对密封性能都有一定的影响 。
图2 干气密封端面动压槽（螺旋槽）简图
干气密封力平衡示意图
正常条件下，作用在密封面上的闭 合力（弹簧力和介质力）等于开启力 （气膜反力），密封工作在设计工作间 隙。
当受到外部干扰，气膜厚度减小， 则气膜反力增加，开启力大于闭合力， 迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值。
相反，若密封气膜厚度增大，则气 膜反力减小，闭合力大于开启力，密封 面合拢恢复到正常值。因此，只要在设 计范围内，当外部干扰消失以后，气膜 厚度就可以恢复到设计值。