干气密封原理

单端面干气密封—TM02B
单端面布置适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况。 如:CO2机、氮压机等。
双端面干气密封—TM02A
双端面干气密封—TM02A
适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许阻封气（例如氮 气）进入机内的工况。
适用于工艺气比较脏、不稳定或者存在负压的危险。 要求控制阻封气体的压力使其始终维持在比工艺气体压力高
迷宫组 －单侧N2消耗> 8.5Nm3/h －密封寿命理论上不可预测
－浮动密封可防止安装损坏 －安装中易损坏梳齿
密封的操作极限
TM02系列干气密封操作极限
密封开启压力 @n=0 RPM, 约 7 BarG
密封开启速度 △p=0, 约0.6 m/s（以轴径计算）
密封轴向窜动 + 3.0mm
干气密封材料
旋转环 －碳化钨 / 碳化硅
静止环 －碳石墨/ Cranite 2000 （特种材料，克兰专利）
金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它
弹簧 －哈氏合金C
密封圈 －氟橡胶、硅橡胶、聚合物密封圈等
干气密封的工作原理
工作原理
John Crane 动环槽形
Expansion From 81 Bar(a), -5°C
60
保证没有冷凝物形 成的最低气体温度
40
20
0 -200 -180 -160 -140 -120 -100
-80 -60 -40 -20
0
T emperature,°C
20
40
60
80 100 120
干气密封的气体调节单元（GCU） —压力容器 / 加热器
续的仪表风，可以采用制氮系统。
介绍结束，谢谢！
大唐国际发电股份有限公司干气密封技术交流 约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司 刘鸿卿
2009年5月
讨论提纲
干气密封典型结构及材料 干气密封工作原理 TM02、28AT系列干气密封 28 XP 高压干气密封 82 后置隔离密封 干气密封主要特征
讨论提纲
干气密封的极限工作能力 干气密封现场失效分析 干气密封的试验程序 干气密封控制系统 干气密封的气体调节单元 制氮系统
控制系统功能
气体过滤 气体控制 泄漏监控
控制系统功能
过滤
控制
干气密封
监控
气体控制系统
干气密封测控系统是为干气密封提供良好的运行环境，使 密封运行在最佳设计状态；同时对干气密封的运行状况进行监 测，一旦密封失效能及时报警，使操作人员能及时准确地作出 判断。根据干气密封结构的不同，干气密封测控系统一般分为 以下几种形式：
包括最大密封压力不同转速（最大连续转速、跳闸转速）下 性能试验、二级密封试验、启动停车试验 5. 热态下的静压试验 6. 目测检查 7. 确认试验
干气密封控制系统
控制系统实物
John Crane Monobloc 集成控制系统
John Crane Timing 不锈钢面板式控制系统
控制系统三维设计
流量开关
增压器旁路
调节后的密封气体 供给控制面板
干气密封的气体调节单元（GCU）
气体增压器
仪表风 或氮气
S
增压器控制
密封气源
分离器 / 预过 滤器
自动或手动排放
FS
流量开关
压力容器 / 加热器
调节后的气体 进入控制面板
加热器控制板
专利申请中
干气密封的气体调节单元（GCU） —分离/预过滤器（knock out）
压缩过程使工艺气温度超过露点
压缩机状态：停车
过滤器
FI
没有压缩过程,
工艺气温度下降
FI
至露点或以下，
这将破坏密封腔
内的液体构成.
没有密封气流动可能导致密封污 染、损坏
气体调节单元（GCU）设计：标准
－解决干气密封的污染问题
驱动气体入口
密封气入口
分离器/凝聚过滤器
增压器
驱动气体出口
压力容器 （缓冲罐）
Phase Diagram
120
Dew Line
100
Buble Line
Expansion From 81 Bar(a), 85°C
Expansion From 81 Bar(a), 65°C
80
Expansion From 81 Bar(a), 45°C
Expansion From 81 Bar(a), 25°C
0.2-0.3MPa。 如:富气压缩机等。
串联式干气密封—TM02C
串联式干气密封—TM02C
适用于不允许外界其它气体进入工艺介质，但允许少量工艺气 泄漏到大气的工况。
通常两级，一级密封承担全部压力，二级密封备用。 通常应用在改造机组上。
带中间进气的串联式干气密封—TM02D
带中间进气的串联式干气密封—TM02D
低速盘车 －不影响密封性能，建议按旋向盘车
密封液体污染 －少量液体污染可以接受，但应避免
密封颗粒污染 －避免固体颗粒、脏物进入密封面(过滤器后管路需处理洁
净）
干气密封现场失效分析
80%以上的密封失效是由密封被污染引起的。 污染源1.机组工艺气
2.密封气源 3.润滑油 其他失效原因 1.密封反转 2.机组喘振 3.密封供气系统故障(压力中断、带液),引起密封失效 4.现场误操作 5.密封反压 6.仪表或阀门失效
专利申请中
GCU－安装
增压器
NC
分离/预过滤器
驱动气源
S
调节后的密封气
过滤器
NC
增压器（流
FI
FI
量开关）
FS
压力容器 / 加热器
自动或手动排放
加热控制面板
密封气源
密封保护
压缩机出口的工艺气体
制氮系统
制氮系统
短时间的氮气源不稳定，可以采用氮气瓶。 长时间的氮气源不稳定或现场根本就没有氮气源，但有稳定连
来自分离器 / 预过 滤器的干净气体
压力容器 / 加热器
加热器控制面板
调节后的气体进 入控制面板
• 干净气体进入压力容器 / 加热器 • 气体预加热至设定温度 • 使用加热控制器将出口气体温度保持
在预设水平 • 为了防治随压力下降控制系统中的液
体冷凝，设定加热器出口温度高于冷 凝温度
专利申请中
干气密封的气体调节单元（GCU） —增压器（booster）
密封气源
分离 / 预过器
• 密封气体进入容器 • 固体和自由液体由隔板隔开、去除 • 雾化液体由凝聚过滤元件除去 • 干净气体从该容器排出
自动或手动排放
专利申请中
气体相图分析－确定气体的露点
Pressure, Bar(a)
Typical Export Compressor Gas Analysis
干气密封主要特征 集装式设计易安装，保护关键密封组件 大大减少了计划外维修费用和生产停车。 避免了工艺气体被油污染的可能性。 维护费用低，经济实用性好。 密封驱动功率消耗小。 防止了润滑油系统的污染
TM02、28AT系列干气密封
TM02、28AT系列干气密封——图片
单端面干气密封—TM02B
最高密封压力 密封压力＞350bar 密封压力＞300bar 密封压力＞200bar
450bar（单级压差） 30套 60套 200套
82 后置隔离密封
气封侧 轴承侧
碳环隔离密封
二级放空
隔离气
轴承放空
迷宫隔离密封
二级放空
隔离气
轴承放空
隔离密封的比较
碳环密封 －单侧N2消耗< 1.7Nm3/h －密封寿命超过5年
密封径向跳动 + 0.6 mm
TM02系列干气密封操作极限
振动
－密封可承受机组振动联锁值范围内振动
密封反转 －没有损伤的短时间反转可接受，但应避免，需停车解体 检查 －可使用双向密封设计
密封反压（串级密封火炬气倒灌） －不允许，必须保证密封端面的正压差
TM02系列干气密封操作极限
弹簧力+流体压力
气膜压力分布
工作原理
FC 闭合力
S
P
间隙减小
FC < FO
FO 开启力
弹簧力+流体压力
气膜压力分布
干气密封主要特征
干气密封主要特征
允许最大轴向窜量通常为+ 3mm 允许最大径向跳动通常为+ 0.6mm 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，密封寿命高 省去了庞大封油系统。减少新机器的成本。
适用于既不允许工艺气泄漏到大气中，又不允许阻封气进入机 内的工况。
用于酸性、腐蚀性或易燃、易爆、危险性大的介质气体，可以 做到完全无外漏。
需另引一路氮气作为第二级密封和中间迷宫间的使用气体。
串联式干气密封—28AT
T-28XP 高压干气密封
干气密封：AT 与XP比较
28 AT
28 XP
单端面干气密封测控系统 双端面干气密封测控系统 串联干气密封测控系统
典型的干气密封控制系统(TM02B)
典型的干气密封控制系统(TM02A)
典型的干气密封控制系统(TM02C)
干气密封的气体调节单元 －GCU设计
压缩机状态：运行中
外部气体
过滤器
工艺气体
FI
过滤后的工艺气体
FI
压缩机出口处的工艺气体
仪表风或氮气
S
增压器
增压控制器
• 低流量状态下（开 / 停车等），流量开 关发出信号打开电磁阀
• 流量开关设定与需要的最小流量一致
• 干净、增压、预热的气体进入控制系统
来自分离器 / 预 过滤器的干净气体
增压后的干净气体进 入压力容器 / 加热器
干净的经增压加热后的 气体去增压控制器
FS
流量开关
调节后的密封气进入控制系统
单向螺旋槽
双向螺旋槽
单向螺旋槽
旋向
气体向中心泵送
气体受压，压力升高，产生间隙
密封坝
双向螺旋槽
旋向
气体向中心泵送
密封坝
气体受压，压力升高，产生间隙
工作原理
FC 闭合力
S
P
弹簧力+流体压力
正常间隙
FC = FO
FO 开启力
压缩 膨胀
气膜压力分布
工作原理
FC 闭合力
S
P
间隙增大
FC >FO
FO 开启力
干气密封试验程序
试验设备
公司建有5座试验台，其转速达36000r/min， 压力达30Mpa，所有产品都可按技术协议要求 进行工况模拟试验，以确保产品质量。
原装引进John Crane 28AT\28XP试验台
动平衡试验装置
装配室及拆解室
试验工装
干气密封试验规范（API617）
1. 动环超速试验 2. 旋转组件动平衡试验 3. 静态试验(不同压力下泄漏量、扭矩) 4. 动态试验
干气密封典型结构及材料
干气密封典型结构
静环 (碳石墨) (Cranite 2000)Βιβλιοθήκη Baidu
弹簧座 (410 S.S.) 弹簧 (哈氏合金 C)
推环 (410 S.S.)
腔体 (410 S.S.)
动环 (WC或SiC)
轴套 (410 S.S.)
波纹带或定位环 (蒙耐尔 K-500或4F)
压紧套 (410 S.S.)
介质侧 介质侧
推环
O环
聚合物密封圈
推环
干气密封：AT 与 XP比较
防止由于O环摩擦使密封卡滞 没有快速减压造成O形环爆裂问题 质保期长 密封圈不象O形环可能被化学侵蚀（抗腐蚀性好） 适应静环在高压下的变形量
28XP串联式干气密封
28EXP串联式干气密封
约翰克兰部分高压业绩