干气密封详解
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简化的剖面图
干气密封的原理
▪ 这是螺旋槽式的干气密封 动环。
▪ 当旋转环（动环）高速旋 转时，旋转环或静止环端 面上的螺旋槽将外径处的 高压气体向下泵入密封端 面间，气体由外径向中心 流动，而密封坝节制气体 流向中心，于是气体被压 缩引起压力升高，在槽根 处形成高压区。
干气密封的原理
▪ 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，径向分量朝着密封堰流动。 由于密封堰的节流作用，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3μm左右。气体动力 学研究表明，当干气密封两端面 间的间隙在2～3μm时，通过间隙 的气体流动层最为稳定。 这也就 是为什么干气密封气膜厚度设计 值选定在2～3μm的主要原因。当 气体静压力、弹簧力形成的闭合 力与气膜反力相等时，该气膜厚 度十分稳定。
干气密封的材料
▪ 旋转环 －碳化钨 / 碳化硅
▪ 静止环 －碳石墨
▪ 金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它
▪ 弹簧 －哈氏合金C
干气密封的结构
▪ 干气密封主要有 静环座、弹簧环、 静环、动环、动 环座、轴套等组 成。
干气密封剖面图
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。
压差为正压差（3bar左右） ▪ 单向旋转槽型不可反向旋转 ▪ 开车时，先投置隔离气，再投轴承润滑油。
停车时，反之。
干气密封的优点
▪ 省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的 附加功率负载
▪ 大大减少了计划外维修费用和生产停车及油品的 贮藏。
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典型结构
➢串联密封(GCT) •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(GCTL) •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Leabharlann Baidu乙烯、丙烯、
典型结构
➢单端面干气密封（GCS） • 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(GCD） • 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。
干气密封的气膜刚度
▪ 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。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产 生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力 的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越 大，表明密封的抗干扰能力越强，密封运行 越稳定。干气密封的设计就是以获得最大的 气膜刚度为目标。
干气密封
▪ 干气密封是一种机 械密封，靠近工艺 气的一端是干气密 封，引用的密封气 是天然气；靠近轴 承箱一端的是碳环 密封，引用的密封 气是隔离气。
▪ 密封气要求干燥洁净，固体颗粒的大小小 于5um，充当密封作用的天然气经调压阀
将压力调整到比压缩机平衡腔高3bar左右 的压力。
▪ 在碳环密封结构的外围引入了大约20kp的 压缩空气，其主要作用是隔离润滑油和天 然气，并起到安全密封的作用。
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。
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压缩机带中间梳齿串联式干气密 封HXGS-YFAMA
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。
主要特征
•允许最大的轴向窜量为正负2.5~3mm. •允许最大径向跳动为正负0.4~0.6mm •能够在全压下启动，停车。 •极低的工艺气泄漏。 •能承受速度和压力的快速变化。 •由于非接触运行，使用寿命高。 •集装式设计易安装，保护关键密封组件。
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干气密封操作注意事项
▪ 密封气要求干燥洁净，固体颗粒的大小小于5um ▪ 必需始终保证干气密封各个密封端面上、下游
▪ 干气密封是一种非接触式的机械密封,即以”气 封气“来达到密封的目的。
▪ 干气密封的出现，是密封技术的一次革命，气 体密封的难题从此得以解决，而不再会受到密 封润滑油的限制，而且其所需的气体控制系统 比油膜密封的油系统要简单得多。
▪ 干气密封的出现也改变了传统的密封观念，将 干气密封技术和阻塞密封原理有机结合，“用 气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封 气或液封液”观念，可保证任何密封介质实现 零逸出，这就使得干气密封在泵用轴封领域也 将有广泛的应用前景。
干气密封
第一部分 干气密封
▪ 随着石油化工、能源工业的发展以及人们安全环保 意识的提高，对各类转动设备轴封的要求也越来越 高。目前，国内绝大多数石化企业转动设备轴封型 式采用的是单端面机械密封或双端面机械密封。单 端面机械密封结构简单，但存在工艺介质易泄漏的 问题，不适合输送易挥发介质；双端面机械密封用 外引密封液做润滑冷却介质，密封结构及辅助系统 较为复杂。由于机械密封为接触式密封，其使用寿 命已经不能满足石化企业长周期运行的要求。干气 密封的出现，是密封技术的一次革命，它具有使用 寿命长、无介质泄漏、轴功率消耗低等优点，因此， 得到广泛应用。
简化的剖面图
干气密封的原理
▪ 这是螺旋槽式的干气密封 动环。
▪ 当旋转环（动环）高速旋 转时，旋转环或静止环端 面上的螺旋槽将外径处的 高压气体向下泵入密封端 面间，气体由外径向中心 流动，而密封坝节制气体 流向中心，于是气体被压 缩引起压力升高，在槽根 处形成高压区。
干气密封的原理
▪ 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，径向分量朝着密封堰流动。 由于密封堰的节流作用，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3μm左右。气体动力 学研究表明，当干气密封两端面 间的间隙在2～3μm时，通过间隙 的气体流动层最为稳定。 这也就 是为什么干气密封气膜厚度设计 值选定在2～3μm的主要原因。当 气体静压力、弹簧力形成的闭合 力与气膜反力相等时，该气膜厚 度十分稳定。
干气密封的材料
▪ 旋转环 －碳化钨 / 碳化硅
▪ 静止环 －碳石墨
▪ 金属件 －410不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它
▪ 弹簧 －哈氏合金C
干气密封的结构
▪ 干气密封主要有 静环座、弹簧环、 静环、动环、动 环座、轴套等组 成。
干气密封剖面图
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。
压差为正压差（3bar左右） ▪ 单向旋转槽型不可反向旋转 ▪ 开车时，先投置隔离气，再投轴承润滑油。
停车时，反之。
干气密封的优点
▪ 省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的 附加功率负载
▪ 大大减少了计划外维修费用和生产停车及油品的 贮藏。
SNS
典型结构
➢串联密封(GCT) •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(GCTL) •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Leabharlann Baidu乙烯、丙烯、
典型结构
➢单端面干气密封（GCS） • 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(GCD） • 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。
干气密封的气膜刚度
▪ 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。衡量密封稳定性的主要指标就是密封产 生气膜刚度的大小，气膜刚度是气膜作用力 的变化与气膜厚度的变化之比，气膜刚度越 大，表明密封的抗干扰能力越强，密封运行 越稳定。干气密封的设计就是以获得最大的 气膜刚度为目标。
干气密封
▪ 干气密封是一种机 械密封，靠近工艺 气的一端是干气密 封，引用的密封气 是天然气；靠近轴 承箱一端的是碳环 密封，引用的密封 气是隔离气。
▪ 密封气要求干燥洁净，固体颗粒的大小小 于5um，充当密封作用的天然气经调压阀
将压力调整到比压缩机平衡腔高3bar左右 的压力。
▪ 在碳环密封结构的外围引入了大约20kp的 压缩空气，其主要作用是隔离润滑油和天 然气，并起到安全密封的作用。
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。
SNS
压缩机带中间梳齿串联式干气密 封HXGS-YFAMA
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。
主要特征
•允许最大的轴向窜量为正负2.5~3mm. •允许最大径向跳动为正负0.4~0.6mm •能够在全压下启动，停车。 •极低的工艺气泄漏。 •能承受速度和压力的快速变化。 •由于非接触运行，使用寿命高。 •集装式设计易安装，保护关键密封组件。
SNS
干气密封操作注意事项
▪ 密封气要求干燥洁净，固体颗粒的大小小于5um ▪ 必需始终保证干气密封各个密封端面上、下游
▪ 干气密封是一种非接触式的机械密封,即以”气 封气“来达到密封的目的。
▪ 干气密封的出现，是密封技术的一次革命，气 体密封的难题从此得以解决，而不再会受到密 封润滑油的限制，而且其所需的气体控制系统 比油膜密封的油系统要简单得多。
▪ 干气密封的出现也改变了传统的密封观念，将 干气密封技术和阻塞密封原理有机结合，“用 气封液或气封气”的新观念替代传统的“液封 气或液封液”观念，可保证任何密封介质实现 零逸出，这就使得干气密封在泵用轴封领域也 将有广泛的应用前景。
干气密封
第一部分 干气密封
▪ 随着石油化工、能源工业的发展以及人们安全环保 意识的提高，对各类转动设备轴封的要求也越来越 高。目前，国内绝大多数石化企业转动设备轴封型 式采用的是单端面机械密封或双端面机械密封。单 端面机械密封结构简单，但存在工艺介质易泄漏的 问题，不适合输送易挥发介质；双端面机械密封用 外引密封液做润滑冷却介质，密封结构及辅助系统 较为复杂。由于机械密封为接触式密封，其使用寿 命已经不能满足石化企业长周期运行的要求。干气 密封的出现，是密封技术的一次革命，它具有使用 寿命长、无介质泄漏、轴功率消耗低等优点，因此， 得到广泛应用。