压缩机干气密封原理培训课件

P 泄漏 压力远传：
n n
密封泄漏较大时高报 密封失效时高高报联锁
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％



缓冲气 – 系统 （带中间迷宫的串联）
氮气过滤器
P 缓冲
PI
FI
工厂氮气
H L
隔离气系统
采用有隔离气注入的外侧迷宫密封，防止轴 承腔的润滑油气向密封腔扩散。
n n n
n
分瓣式碳环密封可用于替代迷宫密封。 通常采用氮气作为隔离气。
一些用户采用仪表风作为隔离气。
轴承
润滑油
隔离气
隔离气系统
二次放空
二次放空
PI-4
P 隔离
P 隔离
氮气过滤器
( 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 )
密封气 – 压力控制
取自压缩机平衡管
P 平衡
PDIT
差压远传
取自密封气进气管
P 密封 FI-1
差压控制器 - DCS
P 密封 FI-2 流量计 (可选) PI-1

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)
干气密封材料

动环材料（Mating Ring）

碳化钨

钴基 镍基

碳化硅

反应烧结（不用）


常压烧结（或称无压烧结）
液相烧结 – 超高压
干气密封材料

碳化钨 （钴基）
取自压缩机平衡管
P 平衡
PDIT
差压远传
取自密封气进气管
P 密封
FI-1 流量调节阀
FI-2
P 密封
差压调节器 - DCS
差压调节阀 PI-1
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 差压报警（高报） 监测密封气过滤器或凝聚式预处理过滤器
推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。
正常间隙
间隙增大
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。
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
4
5
膜厚 (mm)
非接触密封的热量平衡
H L
FI
工厂氮气
FI 流量= 二级密封泄漏量 + 通过中间迷宫的泄漏量 ( 基于 5m/s)
二次放空
n n n n
密封的外泄漏气应通过管道引至安全区域。 采用氮气作缓冲气，外侧密封泄漏气的二次放空是安全的。 采用不带二级缓冲气进气的串联密封，二次放空中可能含有可燃气体。 可推荐采用可燃气体探测器。 二次放空
P 密封 FI-1 FI-2 P 吸气 P 排气 P 密封
•必须保持足够的密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 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。
P 密封 > P 平衡
密封气 – 压力 & 流量控制
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
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。




一级泄漏 / 放空
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， 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。
干气密封培训课件
恒力集团
化工组
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。
差压控制阀
P 密封 > P 平衡
从过滤器来的密封气
压差△p = P 密封 - P 平衡 = 0.3 Barg (最小)
密封气 – 流量控制
P 平衡

P 吸气 : 20 barg，40 ℃ P 排气 : 40 barg，70 ℃ 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 ℃) + 通过压缩机迷宫的泄漏量
气膜密封端面结构 双向旋转功能的 “T”型槽
气膜密封端面结构 单向旋转功能的端面螺旋槽
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。
干气密封典型结构
密封气－来源

压缩机出口气体 压缩机段间气体 外部气体


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 )



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。
n n
FI, 二级密封缓冲气流量 PI, 缓冲气压力显示
P 火炬 P 泄漏 > P 火炬
PI
P 缓冲 > P 泄漏 > P 火炬
RO
FI-5
流量控制 二次放空 P 泄漏
示例:
氮气过滤器
P 火炬: 1 barg P 泄漏 : 1.2 barg P 缓冲: 气量应充足，保持迷宫 P 缓冲
PI
处 5m/s的气流速度
9000 rpm



P 密封 FI-1 P 吸气 P 排气 FI-2
P 密封




( @ 20.3 barg ( 0.3 bar 压差) & 70 ℃，9000 rpm )
P 密封 > P 平衡
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
6
最初的双向螺旋槽
4
列雷台阶
2 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Speed (rpm)
单向槽与双向槽的比较


单向槽：圆弧槽、螺旋槽、V形槽 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。

韧性好 强度高 钴基不耐腐蚀 镍基抗腐蚀性较好 抗腐蚀性好 易碎 – 怕磕碰、易缺边

碳化硅

干气密封的工作原理
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。
自平衡性
圆弧槽
螺旋槽
枞树形槽
干气密封主要特征
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu

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
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
n
PI-4, 隔离气压力显示 , 最小0.3 barg
工厂氮气

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





Flare
N2
Vent
N2/Air
Filter unit
PDIS H PCV optional
_______ _______ _______ _______ _______ _______
W .9 .8 .7 .6
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
.5 .4 .3 .2 .1
气体粘性剪切产生热量
0
0 1 2 3 4 5 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
单向螺旋槽
Speed = 14,500 rpm 168.3mm O/B Seal
改进型 双向螺旋槽
最初双向螺旋槽
2
4
6
8
10
Min'm Film Thickness (um)
软件计算 －气膜厚度
Min'm Film Thickness (um)
10 8
168.3mm 密封直径 单向螺旋槽
改进型双向螺旋槽
PT-1 &2，压力远传，提
供 4 ～ 20 mA 信号到
DCS.
n n
泄漏高报警 泄漏高高报，压缩机联锁
一级泄漏控制
流量计：
n n n
到火炬
测量正常流量 监测密封流量
止回阀：
n
防止 反压 确保 流动 方向
流量高 / 低报警
n
H
限流孔板：
n n
FI-4
L 高高联锁 PT-1 高报 PI-5 RO
根据正常泄漏量确定孔板尺寸 当泄漏量快速增长时产生背压
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。
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 弹簧 －哈氏合金C

干气密封材料
John Crane
V形槽
U形槽
Burgmann
Flowserve
T形槽
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
双向槽泵送原理
旋向 气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙 密封坝
气膜刚度 - 单向槽 v 双向槽
100
Film Stiffness (MN/m)
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
到火炬
n n n n
P 火炬 P 泄漏 > P 火炬
一级泄漏到火炬 FI-4 & 5, 一级密封泄漏量 RO- 在排放线产生背压 PI-5 & 6, 压力显示，监测一级泄漏压力
H H
FI-4
L 高高联锁 PT-1 高报 PI-5 RO RO
FI-5
H H
PI-6
L
高高联锁 高报
PT-2
P 泄漏
n
P 泄漏
Filter unit
FIS L
_______ _______ _______ _______ _______ _______
FIS L
FO PI PDCV
_______ _______ _______ _______ _______ _______
FI optional
PIS H
PIS L
FO
Discharge or a higher stage of the compressor max.100°C