干气密封

干气密封技术http//一通密封•1.干气密封概述•1.1干气密封发展史•1.2干气密封的优点•1.3干气密封工作原理•1.4.影响干气密封性能的主要参数•2.干气密封典型结构及控制系统•2.1.泵用干气密封及控制系统•2.2高速离心压缩机用干气密封及控制系统•2.3搅拌器用干气密封及控制系统•2.4其他特种设备干气密封及控制系统•3.干气密封与机械密封对比•4.干气密封操作、维护注意事项•5.案例分析•6.成都一通公司干气密封主要特点提纲http//干气密封概述•1.1干气密封发展史•1969年，英国约翰克兰公司在气体润滑轴承的基础上提出干气密封理论并开始从事干气密封的研究。•1976年，约翰克兰公司设计制造的第一套干气密封在海洋平台输气管线离心压缩机上得到使用。•1979年伽布利尔做出平面惠普尔螺旋槽气体密封，并发表非接触式螺旋槽端面密封原理的文章。•1985年，美国杜拉美特立公司掌握干气密封技术并开始制造干气密封。•1987年、1988年德国的伯格曼和美国的EG&GSEALOL公司开始从事干气密封生产制造。•1988～1990年石油大学（华东）顾永泉、王建荣等首先研制和试验了泵入式圆弧槽气体端面密封获我国国家实用型专利92203159.2。•1992年，成都一通密封有限公司开始从事干气密封研究工作，并在离心泵、离心压缩机、搅拌器上逐渐得到应用。http//干气密封的优点•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，因此密封摩擦副材料基本不受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，目前，干气密封正逐渐在离心泵及搅拌器上得到应用。总之，凡使用机械密封的场合均可采用干气密封。与机械密封相比，干气密封具有如下优点：–密封使用寿命长、运行稳定可靠；–密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；–与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小；–可实现介质的零逸出，是一种环保型密封；–密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护；http//干气密封工作原理•干气密封即干运转气体密封，是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。•典型的干气密封结构如图所示，由旋转环、静环、弹簧、密封圈以及弹簧座和轴套组成。http//一通密封•左图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。•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3微米左右。气体动力学研究表明，当干气密封两端面间的间隙在2—3微米时，通过间隙的气体流动层最为稳定。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。http//一通密封干气密封受力图•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。http//影响干气密封性能的主要参数•1.4.1.密封结构参数•1)干气密封动压槽形状•密封端面的流体动压效应与槽形有关。干气密封端面的流体动压槽有多种形式，如螺旋槽、人字形槽等适用于轴单向旋转的槽型，有T形槽、枞树形槽等适用于轴双向旋转的槽型。从流体动力学角度来讲，在干气密封端面开任何形状的沟槽，都能产生动压效应。理论研究表明，对数螺旋槽产生的流体动压效应最强，用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大，及干气密封的稳定性最好。http//一通密封•2)干气密封动压槽深度•理论研究表明，干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。实际应用中，干气密封的动压槽深度一般在3—10微米。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。•3)干气密封动压槽数量、动压槽宽度、动压槽长度•理论研究表明，干气密封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。此外，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。http//一通密封•2)密封介质压力对泄漏量的影响•不难想象，在密封工作间隙一定的情况下，密封气压力越高，气体泄漏量越大。http//）介质温度、介质粘度对泄漏量的影响•介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度对介质粘度有影响而造成的。介质粘度增加，动压效应增强，气膜厚度增加，但同时流经密封端面间隙的阻力增加。因此，其对密封泄漏量的影响不是很大。http//(第二版）对轴封及其系统的基本要求1、所有密封的连续运行时间不低于25000小时（三年）。2、安全密封在设定密封腔压力下至少运行25000小时，或者在低于设定的泄漏报警压力下（一般不超过0.7bar）运行25000小时；此外，在全压条件下，安全密封连续运行时间不低于8小时。3、所有密封在25000小时运行期间内的泄漏量指标为：小于1000ppm（按EPA方法21条测量），或者更严格。传统的单端面机械密封已经很难满足如此苛刻的泄漏指标。从安全、环保的角度出发，有毒有害、易燃易爆介质的密封采用双密封成为必然。与传统双密封相比，泵用干气密封具有不可比拟的优点。http//干气密封典型结构及控制系统•2.1.泵用干气密封•离心泵输送的介质为液体。根据不同工况条件，可采用以下几种密封形式•1)双端面干气密封•双端面干气密封可以用在绝大多数离心泵的轴封上，它具有以下特点：•①.用“气体阻塞”替代传统的“液体阻塞”原理，即用带压密封气替代带压密封液，保证工艺介质实现“零逸出”;•②.整套密封非接触运行，其功率消耗仅为传统双端面密封的5%，使用寿命比传统密封长5倍以上；•③.结构简单的辅助系统，保证工艺介质不受污染及工艺介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端面机械密封对油系统的依赖。密封气采用工业氮气或工业仪表风，其压力高于介质0.15—0.2MPa.。•泵用双端面干气密封的不足之处是：•①.需要保证一定压力的气源，气源压力至少高于介质压力0.2MPa;•②.有微量气体进入工艺流程。http//(泵用双端面干气密封)1、适用于气源压力稳定、泵入口压力不高，工艺上允许有少量密封气进入的场合；2、特别适用于有毒液体的密封，可以做到介质零逸出；3、密封使用寿命长，可达3年以上。扬子石化化工厂P-3201乙醛泵,43度,出口0.67MPa扬子石化化工厂HC-601风机,HAC气、粉尘,42~104度,入口微正压,原为碳环密封http//一通密封泵用双端面干气密封控制系统•图12为泵用双端面干气密封控制系统图，密封气经过过滤器后减压至密封所需工作压力，再进入密封腔，该压力一般高于介质压力0.2~0.3MPa。进入密封腔中的密封气一小部分泄漏进入工艺，大部分往大气泄漏。泵用干气密封泄漏量一般在0.01~0.1标准立方米/小时左右，该泄漏量可通过控制系统中的流量计测得，流量计的作用即监视干气密封运转性能。为保证干气密封气源的可靠性，有时干气密封系统配备有备用气源，当主气源出现意外时，备用气源自动投入使用。为防止泵切换时的抽空，也可加泵腔排气系统。http//一通密封泵用双端面干气密封系统流程图（API682PLAN74)http//一通密封双端面泵用干气密封排气系统该排气系统可以保证干气密封正常内漏的氮气不进入工艺，避免氮气内漏给工艺造成影响；排气系统相当于反冲洗，避免密封腔液体不流动而形成颗粒介质堆积，可以提高整体密封的寿命。http//一通密封双端面机械密封与干气密封系统比较http//一通密封双端面干气密封、双端面机械密封及单端面机械密封的性能比较双端面干气密封双端面机械密封单端面机械密封采用标准API682Plan74API682Plan53或plan54API682Plan11或Plan12适用范围含硫污水、苯、二甲苯及其他有毒有害介质结构特点两级密封均为干气密封，密封介质为加压的氮气，压力高于泵密封腔0.15MPa，密封非接触式运行；辅助系统简单，为集装式氮气控制系统，设有一个泄漏压力低压报警，系统使用中不需要任何维护。两级密封均为机械密封，密封介质为带压密封油，压力高于泵密封腔0.15MPa，密封接触式运行；辅助系统复杂：为一个单独供油的油罐，以及为冷却密封油的冷却水循环系统，设有液位报警和密封油压力低报警，系统使用中需要操作工定期加注密封油。无第二级密封，只有自冲洗，无其他辅助系统。安全环保方面安全性能好。密封气（氮气）将有毒有害介质和大气隔离；仅有微量氮气进入泵腔；可以做到介质绝对不往大气泄漏。安全性能好。密封油将有毒有害介质和大气隔离；仅有微量密封油进入泵腔；可以做到介质绝对不往大气泄漏。但有少量密封油会泄漏到环境中，影响环境。差。有毒有害介质直接泄漏到环境中，造成环境污染，当密封失效时，容易造成大量介质喷到现场，给装置的安全带来巨大的隐患。环保方面环保型密封。可以做到介质绝对不泄漏到环境中；仅有微量氮气泄漏到环境中，对环境没有任何污染。稍差。可以做到介质绝对不往大气泄漏。但有少量密封油会泄漏到环境中，影响环境，给现场环境带来一定的污染。最差。有毒有害介质直接泄漏到环境中，造成污染。系统维护方面不需要任何维护，系统采用管网氮气做密封气。但是要求氮气压力必须要高于密封腔压力。维护量大。由于密封油的泄漏，造成现场环境较脏，增加了现场的清洁工作量；另外，密封油的减少，需定期为油罐加油。不需要任何维护使用寿命方面3年以上，由于干气密封非接触运行，密封使用寿命大大延长。在腐蚀性不是很厉害的场合，密封使用寿命可达5年以上。1年左右，由于密封面的接触磨损，国产机械密封的平均寿命在1年左右。6个月左右抗抽空、工艺波动的能力方面强。由于密封端面介质为氮气，泵抽空和工艺波动对密封使用寿命几乎没有影响。强。由于密封端面介质为密封油，泵抽空和工艺波动对密封使用寿命几乎没有影响。差。因工艺波动或抽空，密封端面将难以形成液膜，造成密封失效。功率消耗小。仅为机械密封的5%左右。大。是单端面机械密封的两倍。较大。http//)串联式干气密封•泵用串联式干气密封具有如下特点：•①.干气密封与接触式机械密封串联使用，机械密封为主密封，干气密封为次密封；•②.干气密封与主密封间通入氮气，保证主密封具有一定背压，极大地延长主密封的使用寿命；•③.主密封泄漏的易挥发工艺介质随密封气排入火炬，不易挥发介质排入泄漏收集罐定点排放，保证工艺介质不向大气泄漏，是一种环保型密封；•④.主密封失效后，干气密封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.该类密封使用寿命取决于机械密封的使用寿命，一般在2—3年左右。•⑥