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摘要：同普通机械密封作对比，阐述了干气密封的结构，工作原理，应用优势。
关键词：干气密封 气体槽 气膜 液化气 自平衡型
1.概述
干气密封是一种非接触式密封，其用“气封液或气封气”的新概念代替了传统的“液封气或液封液”。可保证密封介质的零泄漏，且运行成本低廉。现干气密封已得到广泛应用。根据不同的工况条件，课采用不同的干气密封结构形式，主要有：单端面密封、双端面密封和串级干气密封等。
图一 干气密封示意图
100万吨/年汽柴油加氢稳定系统液化气泵P311/A、B采用串级式干气密封。第一级采用机械式主密封，第二级为干气密封。干气密封采用氮气作为隔离气，和第一级泄漏出的液化气排入放空系统。第二级密封可以起到辅助安全密封的作用，因此，串级式干气密封既安全又环保。
图二 串联式干气密封
2.干气密封的工作原理
干气密封和普通平衡型机械密封相似，也由静环和动环组成，其中：静环由弹簧加载，并用O型圈辅助密封。端面材料可采用碳化硅、氮化硅、硬质合金或石墨。
干气密封与液体普通平衡型机械密封的区别在于：干气密封动环端面开有气体槽，气体槽深度仅有几微米，端面间必须有洁净的气体，以保证在两个端面之间形成一个稳定的气膜使密封端面完全分离。气膜厚度一般为几微米，这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙，间隙太大，密封效果变差；而间隙太小会使密封面发生接触，因干气密封的摩擦热不能散失，端面间无润滑接触将很快引起密封端面的变形，从而使密封失效。
气体介质通过密封间隙时节流和阻塞的作用而被减压，从而实现气体介质的密封，几微米的密封间隙会使气体的泄漏率保持最小。
动环密封面分为两个功能区(外区域和内区域)。气体进入密封间隙的外区域有空气动压槽，这些槽压缩进来的气体。为了获得必要的泵效应，动压槽必须被开在高压侧。密封间隙内的压力增加将保证即使在轴向载荷较大的情况下也将形成一个不被破坏的稳定气膜。
干气密封无接触无磨损的运行操作是稳定的气膜来保证的，稳定的气膜是由密封墙的节流效应和所开动压槽的泵效应得到的。
密封面的内区域(密封墙)是平面，它的节流效应限制了泄漏量。干气密封的弹簧力很小，主要目的是为了当密封不受压时确保密封面的闭合。
选择干气密封时，决定性的判断是动环上所开动压槽的几何形状。对于压缩机的某些操作点，如启动和停车时，一套串联密封在低速或无压操作的情况下，旋转的动压槽必须在密封面之间产生一个合适的压力。此力特殊措施——三维的、弧形的槽来获得。
图三 干气密封螺旋槽
P311/A、B所采用的干气密封结构，第一级为平衡型机械密封，密封介质为含少量硫化硫的液化气，入口压力：0.8MPa，出口压力：2.0MPa；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.4MPa左右。由于干气密封端面上加工有动压槽，只允许单向旋转，因此，该密封只能单向运转。
正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅助密封。干气密封主要有以下作用：
(a) 提高主密封的背压，减小密封面的磨损，极大地延长了主密封的使用寿命；
(b) 当主密封失效时，干气密封可以起到备用密封的作用，防止意外事故的发生；
表一 干气密封泄漏量
3.干气密封的特点
(a)干气密封是一种非接触式密封，动静环被气膜隔开，消耗的功率远小于液体之间的摩擦。试验表明，干气密封消耗的功率仅为机械密封的5%左右，因此干气密封是一种节能型密封。
(b)基于干气密封的力平衡原理，它又是一种自平衡型密封。
(c)由于动静环间存在一个极微小的间隙（2~4µm），该间隙两侧又存在一定的压差，摩擦副始终存在一定的泄漏量。但通过一定的措施，其对大气的泄漏量可为零。
(d)由于干气密封结构复杂，技术难度大，制造要求高，且隔离气
需要精密的过滤系统，所以其造价高。其结构特点决定了干气密封的运行效果好，寿命长，所以其维修费用远低于普通的机械密封。
4. 干气密封日常保养维护与失效判断
干气密封在正常的操作条件下，干气密封不需要任何维护，只需对密封气出口压力和液位进行监测，建议每天记录数据，如果压力值有不断增加的趋势，则预示着干气密封的主密封可能出现问题。干气密封使用中应注意以下几个方面：
(a)密封气的气量供应应该充足，但是偶然的供气不足或断气，对该串联式干气密封的影响不会太大。
(b)密封的泄漏，主要是通过监测单元的压力表来显示。压力表值偶然变化较大时，这可能是由于工艺波动、轴的移动、压力、温度或速度波动所引起，不会影响密封正常使用。然而压力表值的变化趋势可以预测到密封的问题。
(c)在运行过程中，需保证介质的压力高于密封腔的压力，反压可导致主密封的损坏。
(d)少量的润滑油或其他液体进入干气密封端面，不会对密封造成危害，但应尽量避免该情况的发生。
密封在运转过程中，通过密封气系统可对干气密封的运行状况进行监测。正常情况下出口压力表显示的值应该和入口压力大致相当。
若密封气出口压力表显示过低，表明外侧干气密封泄漏过大；若密封腔出口压力表显示高于2倍的氮气入口压力达到0.7～0.8 MPa，表明内侧主密封泄漏过大，可视现场情况决定是否拆机检查。
5. 干气密封的前景
以液体为介质的流体机械首先在易气化介质（如轻烃等）中得到应用。随着技术水平的提高和干气密封价格的下降，其应用将越来越广泛。
参考文献：
[1]赵亮. 绿色技术在石油化工中的应用研究进展[J]. 化工管理, 2015(4):132-132.
[2]雷振友. 石油化工中的绿色技术应用研究[J]. 化工管理, 2014(27):75-75.
[3]王汝美.实用机械密封技术问答.北京：中国石化出版社.2004
[4]米亚东. 绿色技术在石油化工中的应用[J]. 中国建材科技, 2015(5):92-93.
论文作者:康中国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
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