氨气压缩机干气密封的选型

氨气压缩机干气密封的选型

摘要：根据河南能源化工集团中原大化公司煤化工项目大机组氨冰机的设计数据、运行工况分析，结合约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司干气密封资料，探讨对氨气压缩机组干气密封型式的最优化选择问题，确保装置的安全平稳运行。

关键词：离心式氨气压缩机干气密封选型最优化

一、机组概况

河南能源化工集团有限责任公司大化分公司煤化工年产50万t甲醇装置于2008年5月正式投料生产，该装置使用壳牌煤粉加压气化技术，日处理煤量为2000t。配套的压缩机为空气压缩机、二氧化碳压缩机、氨冰机、合成气压缩机组，压缩机均为沈鼓集团生产的离心式，配套的驱动装置为杭汽生产凝汽式汽轮机。

本次对氨冰机干气密封选型经行探讨。氨冰机为双缸三段十二级压缩，工作介质为氨气，低压缸型号：SBW/MCL807，额定转速：7151r/min，进口温度：-40℃，出口温度：135.1℃，进口压力为-0.032MPaG，，出口压力：0.386MPaG。高压缸型号：SBW/2MCL805，额定转速：7151r/min，进口温度28.6℃，出口温度92.4℃，进口压力0.37MPaG，出口压力：1.6MPaG.。

二、干气密封原理和类型

1.干气密封原理

干气密封即“干运转气体密封”（Dry Running gas seals）是将开槽密封技术用于气体密封的一种新型轴端密封，属于非接触密封。干气密封是20世纪60年代末期在气体润滑轴承的基础上通过对机械密封进行改进发展起来的一种新型非接触式密封，英国的约翰克兰公司于70年代末期率先将干气密封应用在工业生产中，由于密封非接触式运行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，特别适合做为高速高压设备的轴端密封。一般来讲，典型的干气密封包含了静环、动环组件（旋转环）、副密封O刑圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的旋转环——动环组件配合。

随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体

压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的运行条件下端面能保持分离、不接触、不容易磨损、延长了使用寿命。

2.干气密封类型

2.1 单端面干气密封：

适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况，主密封气为工艺气。

2.2 串联式干气密封7

适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况，一套串联式干气密封可看作是两套或更多套干气密封按照相同的方向首尾相连而构成的。与单端面结构相同，密封所用气体为工艺气本身。通常情况下采用两级结构，第一级（主密封）密封承担全部或大部分负荷，而另外一级作为备用密封不承受或承受小部分压力降，通过主密封泄漏出的工艺气体被引入火炬燃烧。剩余极少量的未被燃烧的工艺气通过二级密封漏出，引入安全地带排放。当主密封失效时，第二级密封可以起到辅助安全密封的作用，可保证明工艺介质不大量向大气泄漏。

2.3 带中间进气的串联式干气密封6

如果遇不允许工艺介质泄漏到大气中，且也不允许阻封气泄漏到工艺介质中的工况，此时串联结构的两级密封间可加迷宫密封。用于易燃、易爆、危险性大的介质气体，可以做到完全无外漏。该结构所用主密封气除用工艺气本身以外，还需另引一路氮气作为第二级密封的使用气体。通过一级密封泄漏出的工艺气体被氮气全部引入火炬燃烧。而通过二级密封漏入大气的全部为氮气。当主密封失效时，第二级密封同样起到辅助安全密封的作用。

2.4 双端面干气密封

双端面密封相当于面对面布置的两套单端面密封，有时两个密封分别使用两个动环。它适用于没有火炬条件，允许少量阻封气进入工艺介质中的情况。在两组密封之间通入氮气作阻塞气体而成为一个性能可靠的阻塞密封系统，控制氮气的压力使其始终维持在比工艺气体压力高0.2～0.3MPa的水平，这样密封气泄漏的方向总是朝着工艺气和大气，从而保证了工艺气不会向大气泄漏。

三、氨冰机干气密封的选型分析

1.氨冰机的工作介质是氨气，在工业生产中危险气体是不允许泄露的。因为，单端面干气密封它适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况，所以单端面干气密封在氨冰机不适合。

2.串联式干气密封，第一级（主密封）密封承担全部或大部分负荷，而另外

一级作为备用密封不承受或承受小部分压力降。氨冰机入口为负压，为了保证一级主密封所需压力，需要大量缓冲气来维持主密封的稳定运行，能耗增加，火炬的负荷也会波动，在前期投资中，管材，过滤器，流量表，阀门的一次性投入较大。

3.双端面干气密封，没有火炬，减少了第一次投资成本；两个密封端面都投入使用，没有备用，安全性能低。允许氮气进入氨压机，增加了氨压机和后系统的负荷。

4.带中间进气的串联式干气密封，它是将串联式和双端面式组合在一起的新式干气密封，结合了两种干气密封的优点，也弥补了前两者的不足，有二级备用密封，安全性能高；二级泄露气体带入安全地带放空，对氨压机和后系统无影响；存在保压端面，不需要大量缓冲气来维持压力，对氨压机和火炬的负荷影响波动小。

四、结束语

对以上干气密封型式性能的对比，选择新式带中间进气的串联式干气密封是对氨冰机组的安全长周期运行的最优化选择。

氨冰机的高压端也可用带中间进气的串联式干气密封，这样便于操作维护，对备件的库存也最优化。

中原大化煤化工项目氨冰机干气密封采用约翰克兰鼎名干气密封（天津）公司的TM02E型和TM02D型串联式干气密封，从2008年5月投料生产至今，运行安全平稳。

参考文献：

[1] 潘春华.干气密封在压缩机上的应用[J].风机技术，2001（1）：12-15

[2] 压缩机干气密封最终资料，约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司，2007，4，25

[3] 彭建. 螺旋槽干气密封的优化设计[J]。流体工程，2005，23（3）。