摘要：随着我国石油化工等基础建设的高速发展，透平压缩机组在石油化工装置中的应用越来越广泛。干气密封是在气体动压轴承的基础上，通过对机械密封进行根本性改变发展起来的一种新型非接触式密封形式。经过近五十年的发展，大型离心式压缩机组均采用了干气密封技术。对于高速高压设备的轴端密封，起到了非常有利的运行稳定作用。
关键词：石油化工；干气密封；应用
引言
近几年来，我们在石油化工等工程项目中，常常遇到大型离心式压缩机组轴端密封大部分采用干气密封，可以说，干气密封正在逐渐代替浮动环密封。
干气密封是利用流体动力学原理，通过在密封端上开设动压槽而实现密封断面的非接触式运行。密封摩擦副材料基本不受PV值的影响，特别适合作为高速高压设备的轴端密封。
1 干气密封的发展历史
早在60年代末，英国的约翰在其公司（约翰克兰公司），将干气密封应用到海洋平台上的气体输送设备上，并获得了成功。从80年代开始，此项研究逐渐应用到石油化工行业中。80年代中期，在国外开始试用；90年代中期，我国也逐渐使用干气密封。河南省中原大化集团公司所属的二氧化碳压缩机组就是首先使用干气密封的压缩机组。目前干气密封在石油化工领域的使用逐渐多起来。尤其近几年，在中国，有国外成套供应此项生产技术的代理商。国产压缩机厂家在设计压缩机轴端密封时，也都采用国外成套设备技术。
2 干气密封应用的优势
现如今，压缩机生产厂家也都愿意使用干气密封。在干气密封问世之前，他们大都采用浮动环密封油密封技术。70年代我国引进的大型合成氨装置都采用浮动环密封油密封。据反映，密封油密封一不小心就会将油流入介质内，致使后序工程由于带油导致催化剂失灵，从而影响生产，尤其在开、停车阶段最易发生此类事故。所以，新厂都不愿意使用浮动环密封油密封，加上干气密封在国内有成套技术，厂家宁可多花钱也要采用干气密封。
3 干气密封的结构型式
典型的干气密封结构是由旋转圈、静环、弹簧密封圈、弹簧座和轴套组成。旋转环密封经过研磨、抛光处理，并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽，这是干气密封的核心部位。干气密封旋转环旋转时，密封气被吸入动压槽内，由外径朝向中心，径向分量朝着密封坝流动，由于密封坝的节流作用，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。此气膜的厚度一般在3微米左右，当干气密封两端面之间的间隙在2~3微米时，通过间隙的气体流动层最为稳定，气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时，该气膜厚度具有一定的气膜刚度。所以在受到外部干扰时，不论气膜厚度变大变小，气膜均可以在干扰消失后恢复到设定值。由于上述密封特点，所以干气密封的主要性能就体现在密封运行的稳定性和密封泄漏的矛盾上面。
4 干气密封的特点
1）非接触式密封，动静环被气膜隔开，操作能耗小，使用寿命长；
2）省去大量的密封油系统，节约成本；
3）操作简单，可靠性高；
4）运行费用和维修费用低，占地面积小；
5）结构复杂、技术难度大，要求制造和安装精度高，气源洁净度要求高。
5 安装时应注意的事项
影响干气密封泄露量的直接因素就是干气密封气膜的厚度，也就是干气密封运转时密封间形成的工作间隙。
我们在安装干气密封时，先要了解该套干气密封的结构特征、结构参数，主要有以下几点：
1）动压槽的形状----目前最好的是对称螺旋槽产生的流体动压效应最强，形成的气膜刚度最大，稳定性最好。
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2）动压槽的深度----动压槽深度与膜厚度为同一量级时，则气膜刚度最大，实际应用中其深度为3~10微米；
3）动压槽的数量、密度、槽长----数量越多动压效应越强，宽度和槽长也对密封性能有影响。
对不同机组有不同的考虑，机组密封直径越大，转速越高，泄露量越大；密封压力越高，则泄露量越大。
在我们实际安装中，介质为易燃、易爆气体的压缩机组采用的干气密封多为串联式形式，而且设置密封隔离单元，此单元是通过注入低压氮气，将干气密封与轴承润滑油隔离，防止干气密封受润滑油影响，同时隔离气也可将二级密封泄漏的气体带走排放。
6 干气密封的控制系统
干气密封的控制系统相当重要，它是干气密封的重要组成部分，主要由密封过滤单元、密封泄漏监测单元组成。
干气密封工作时，密封面间形成的气膜厚度在2~3μm左右，密封气中大于该粒度的固体颗粒会对密封面产生损坏；干气密封属于非接触密封，必然存在密封气体的泄漏，必须监视泄漏量，所以控制系统一般包括过滤、泄漏监测、密封隔离气体单元等三部分，过滤器有两个并联组成，过滤颗粒小于3μm，设有压差显示，泄漏量是通过对密封一次泄漏压力的监视，在一次泄漏量与放出口之间设有节流孔板，孔板前压力直接反映了泄漏量，孔板后设有泄漏量指示机井，并设联锁系统，正常时泄漏量应该稳定，其压力也应该稳定；当压力高于正常压力X倍时，就发出停车信号。
7 干气密封的配管要求
我们在安装时，在了解上述情况后，首先将配管进行合理配置，所有相关的管线都首先进行了洁净气吹扫，确保管道内清洁度达到设计要求，并及时做好管道管口的封堵工作；再按照制造厂家的随机图纸和技术要求进行安装，并与业主、厂家一道进行试车，试车过程，厂家指导、我们施工单位配合试车工作。
8 干气密封的安装经验
从实际工作中，我们深深体会到，干气密封是十几年来在我国广泛采用的一种密封形式。从实际运行看，其效果比较理想。我们也从中学习了不少知识，也掌握了干气密封的一些特点，更主要的是掌握了干气密封的安装特点。
2005年，在河南省蓝天集团30万吨/年甲醇项目中，合成气压缩机组就是我单位负责安装的。该台机组是国产的锦西化机厂制造的，打气量比较大，采用透平驱动方式，新鲜气量117000Nm3/h，循环量570000Nm3/h，转速10500rpm，是国内甲醇项目中最大的一台机组。
2012年，中国石油大庆石化分公司120万吨/年乙烯改扩建工程（60万吨/年乙烯装置）中，乙烯压缩机组、丙烯冷剂压缩机组，是由三菱重工有限公司制造，我单位负责安装。该两套机组均采用透平驱动方式。乙烯压缩机组，干气密封（7H-6S），转速5972rpm；丙烯冷剂压缩机组，采用干气密封（11H-5S），转速4472rpm，是国内乙烯项目工程中较大的两台机组。
2017年，在全国最大的480万吨/年催化裂化（Ⅱ）装置工程中，富气压缩机组，该台机组由沈阳鼓风机有限公司制造，我单位负责安装。机组采用透平驱动方式，新鲜气量69000Nm3/h，转速6640rpm，是目前国内乃至亚洲最大催化装置中较大的一台机组。
结束语
通过我们的努力，成功的进行了这一系列压缩机组的安装、试运转，并都获得了一次试车成功。如今，此类机组已运行了十三年时间之久，机组运行良好，干气密封一直在正常运行。我们从中掌握了干气密封的性质、安装特点，为今后的工作积累了宝贵经验，也为石油化工事业的发展贡献着力量。希望将来通过对干气密封槽形的优化，采取有效的措施提高气膜的刚度，建立完善的密封监控系统，进一步提升密封综合性能，从而提高密封运行的的稳定性。
参考文献
[1]周恒，刘延柱，气体动压轴承的原理和计算，国防工业出版社，1981.
[2]刘敦，刘育华，陈世杰，静压气体润滑，哈尔滨工业大学出版社，1990.
[3]王和顺，陈次昌，黄泽沛，王新霖，基于模糊识别的非接触机械密封工作状态分析[J]，石油机械，2005，Vol，33（3），14-16.
论文作者:虞文霞
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/10
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