吳濤/藍星（天（tiān）津）化工有限公司
丁進佰/約翰克蘭鼎（dǐng）名密封（天津）有限公司
摘 要：簡介了浮環密封、雙端麵幹氣密封及（jí）串聯式幹氣密封的工作原理和結構，比較了其優缺點。得出（chū）選擇雙端麵幹氣密封做軸端密封為Z佳的結論。
關（guān）鍵詞：離心（xīn）式壓縮機；軸（zhóu）端（duān）密封（fēng）
0 引言
目前，石化行業普遍（biàn）應用透平壓縮機來輸（shū）送各種氣體，我公司170萬噸/年催化裂化裝（zhuāng）置用富氣壓縮機采用離（lí）心式壓縮機，介質為富（fù）氣，屬易燃、易爆氣體，不允許（xǔ）有泄漏（lòu）。該機組是裝置的核心設備，運行可靠性將直接製約著裝置的安全、穩定、長周期（qī）運行。為了防止或限製工藝氣體沿壓縮機軸端（duān）泄漏，必須采用有效的軸（zhóu）端密封裝置。富氣壓縮機軸端密（mì）封形式（shì）有浮環密封（fēng）、雙端麵幹氣密封、串聯式幹氣密封。
1 機組簡介
壓縮（suō）機選用沈陽鼓風機（jī）集團有限公司的產品，型（xíng）號：2MCL1207，功率11239kW，正常轉（zhuǎn）速3764r/min，進口流量96000m3/h，進口表壓0.018MPa，出口表壓1.5MPa，進口溫度40℃，出口溫度112.9℃。
2 浮（fú）環密封
2.1浮環密封的結構和原理
浮環密封的結構簡（jiǎn）圖如圖1。它由內浮環、外浮環（huán）、浮環座、壓蓋、彈簧、防轉銷等組成。
密封油從內外環之（zhī）間注入，注入的密封油壓力比（bǐ）氣體介質高0.04～0.06MPa。當軸旋轉時，由於浮環隻能浮動（dòng）不能轉動，根據滑動（dòng）軸承工（gōng）作原理，在偏心圓柱間將（jiāng）形成（chéng）油（yóu）膜，產生流體壓力將浮環托起，因此（cǐ）說浮環密（mì）封是一種液體節流式非接觸密封，密封油通過浮環與軸之（zhī）間很小的間隙，沿軸向左右流動，分別限製內泄漏（lòu）和（hé）外泄漏。內浮環壓差小，通常間隙也比外浮環小些，故內泄漏遠較（jiào）外泄漏為小，一般為2000～3000mL/h。流向氣體介質側的回油形成油（yóu）氣混合物，先（xiān）進入油氣分離器分離（lí），再經脫氣（qì）槽脫出腐蝕性氣體，剩下的密封油流回油箱。流向大氣側的密封油沒有與工藝介質接觸，因（yīn）此（cǐ）是幹淨的，可以通過回油管直接（jiē）返（fǎn）回油箱，浮環密封（fēng）產生的熱量也主（zhǔ）要靠這部分回油帶走。
浮環密（mì）封的（de）內（nèi）外環之間裝有彈簧，它（tā）使浮環端麵與（yǔ）浮環座壓蓋端麵（miàn）接觸緊（jǐn）密，防止機組在啟動或停車過程中，密封油從浮環端（duān）麵泄漏。
2.2浮環密封失效形式
（1）密封油（yóu）竄入軸承箱，汙染潤滑油；
（2）浮環與軸摩擦，巴氏合金融化抱軸；
（3）密封油泄（xiè）漏量大，油氣分離器分離效果差，汙染密封（fēng）油；
（4）密封油從浮（fú）環（huán）端麵泄漏，形成短路；
（5）浮環與軸偏磨，間隙變大。
2.3浮環密封（fēng）失效原因
2.3.1密封油與密封（fēng）氣（qì）壓差失控
在油氣壓差太小的情況下，密封氣會衝破油膜進入浮（fú）環座和軸承箱，造成密封油和潤滑油汙染，使（shǐ）之酸值增高，粘度下降，腐蝕性增加。結果導致調速係統零部件腐蝕，失（shī）去靈活性，調速係（xì）統失靈。另外，浮環密封油膜被破壞後，還會（huì）造成浮環與軸（zhóu）摩（mó）擦，巴氏合金融化，發生抱軸事故。反之，油氣壓差（chà）太（tài）大，則內、外回油量劇增。內（nèi）回油劇增，則會有部分密封油竄入機內，同（tóng）時還會造成油氣分離器、脫氣槽負荷（hé）增大，油氣分離效果差，這部分密封油流（liú）回油箱又汙染了整個封油（yóu）係統。外回油劇增，則回油腔充滿，密封油就會竄入潤（rùn）滑油中汙染（rǎn）潤（rùn）滑油。
2.3.2密封氣質量不合格
壓縮機密（mì）封氣是來自吸收穩定的幹氣，幹氣（qì）中含有硫化氫等酸性氣體（tǐ），就會（huì）腐蝕浮環密封零部件，腐（fǔ）蝕脫落的（de）金屬（shǔ）顆粒隨密封油（yóu）進入浮環與軸的間隙，劃傷（shāng）浮環和（hé）軸。長時間的腐蝕還會使（shǐ）浮環失去（qù）浮動性，與（yǔ）軸摩擦而（ér）停機。
2.3.3安裝檢修質量（liàng）不好
浮環端麵、浮環（huán）座端麵、壓蓋端麵需進行研磨，否則端麵接觸麵不良（liáng），嚴密性降低；內（nèi）外浮（fú）環（huán）之間的（de）彈（dàn）簧彈力需高度（dù）一（yī）致；組裝過程中應保（bǎo）持清潔（jié），各密封表麵、軸表麵不允許有浮塵、鏽斑；組（zǔ）裝（zhuāng）時（shí）各密封麵不被撞擊或劃傷；控製好浮環與軸的（de）間隙，內浮環與軸的間隙為0.06～0.08mm，外浮環與軸的間隙為（wéi）0.23～0.26mm，保證浮環座與軸的垂直（zhí）度，浮環座內圓與軸的同軸度。
2.4浮環密封的優缺點
浮環密封主要優點：屬於非接觸式密封，壽命長，可（kě）靠性較高，適應於高速和各種壓力等級，工（gōng）況範（fàn）圍廣。
浮環密（mì）封主（zhǔ）要（yào）缺點（diǎn）：（1）內泄漏較大，回收處理內泄漏油（yóu）的設（shè）備複（fù）雜，包（bāo）括油氣分離器、脫（tuō）氣槽等控製係統。整個密封油係統價格占壓縮機總價的30％左右，浮環密封輔（fǔ）助係統的投資遠遠高於密封本（běn）身（shēn）的投資（zī）；（2）浮環密封（fēng）的油氣壓差很小，控製係統複雜。國外統計（jì）的離心壓縮機失效原因（yīn）中，密封油和潤滑油係統的故障高達55%～65％。
密封油係統能（néng）耗高，維（wéi）護費（fèi）用高，為操（cāo）作帶來困難。
由於上述缺點（diǎn），富氣壓縮機浮環密封已逐漸被更先進的幹氣密（mì）封所代替。
3 雙端麵幹氣密封
3.1雙端麵幹（gàn）氣密封的結構和原理
幹（gàn）氣密封結構見（jiàn）圖2。
彈簧在密封無負荷狀態下，使靜環與固定在軸上的動環組件配合。不同的是幹氣（qì）密封（fēng）的密封麵寬，動環或靜環端麵上（或（huò）者（zhě）同時在兩個（gè）端麵上）開有螺旋槽，其加工精度高，測試（shì）手段複雜（zá）。
根據泵送原理（lǐ），隨著動環的轉動，密封氣被向內泵送到螺旋槽的根部。配（pèi）合表麵間的壓力使靜環表麵（miàn）與動環組件脫離，保（bǎo）持一個很小的間隙，一般（bān）為0.03mm左右（yòu）。當由（yóu）氣體靜壓力和彈簧力產生的閉合力等於氣體膜壓力時，便建立（lì）了（le）穩定的平衡（héng）間隙（xì）。密封氣壓力始終比富（fù）氣（qì）壓力高0.2～0.3MPa，這樣密封氣泄漏的方向總是朝著富氣（qì）和大氣，從而保證富氣不會（huì）向大氣泄漏。幹氣密封要取得優良的（de）性能，需要保持間隙穩定，同時，為減（jiǎn）小泄漏又必須控製間隙很小，保證密封麵不會發生接觸。
3.2幹氣密封控製（zhì）係統
經（jīng）過濾的幹淨密封氣（一般（bān）為（wéi）氮氣）分三路（lù）進入壓縮（suō）機的密封腔：一（yī）部分經節流（liú）孔板（bǎn）進（jìn）入緩衝氣腔，緩衝氣經迷宮後全部進入壓縮機內，其作用是阻止機內富氣向外擴散汙染（rǎn）密封端麵（miàn），影響密封正常運行；另（lìng）一部分經（jīng）流量計後（hòu）進入主密封腔，這部分主密封氣全（quán）部經端麵形成氣膜，對（duì）端（duān）麵起潤滑冷卻作用（yòng）。向內側泄漏的主密封氣和緩衝（chōng）氣混（hún）合進入機內，向外側泄漏的主密封（fēng）氣和隔離氣混合放空；第三（sān）部（bù）分經孔板限流後進入隔離氣腔（qiāng），其中一部（bù）分隔離氣（qì）經軸承箱（xiāng）放空，用來阻止潤滑油進（jìn）入幹氣密封，另一（yī）部分與向外側泄漏的（de）主密封氣混合放空。雙端（duān）麵幹（gàn）氣密封正（zhèng）常運行的主要條件是確保主密封腔與緩衝氣腔壓差大於（yú）0.3MPa，當壓差小於0.05MPa時，應準備停車。另外，流量計和差壓變送器信號進（jìn）入DCS係統。
3.3雙（shuāng）端麵幹氣密封的優點
（1）端麵非接觸，壽命長，氣膜厚度和剛度更大，可靠性（xìng）更高；
（2）極限速度高，Z大（dà）達150～180m/s，適應各種工（gōng）況；
（3）密封消耗（hào）的功率與密封介質的密度和粘度有很大關係，液體和氣體的密度和粘度幾乎相差兩個數量級，幹氣密封消（xiāo）耗的功率僅為浮環密封的5％左右，因此說雙端麵幹氣密封功耗低，節省能源；
（4）省去了龐大的密封油係統，密封（fēng）係統總投資比（bǐ）浮環（huán）密（mì）封低，質量輕，占（zhàn）地麵積小；
（5）消除了（le）密封油（yóu）汙染潤滑油的（de）可能性；
（6）控製（zhì）係統比浮環密封簡單，運行和維護費用低。
3.4雙端麵幹氣密（mì）封使用中的注意事項
（1）雙端麵幹氣密封零部件表麵（miàn）加工精度高，因此要求（qiú）密封氣必須清潔，允許雜（zá）質Z大顆粒尺寸為0.05mm，同時要防止密封（fēng）麵帶油或其它液體，單向雙列的雙端麵幹氣密封要嚴禁倒轉，否則幹氣密封將失效甚（shèn）至損壞。
（2）機組在開（kāi）機時，盡量加大至低速（sù）暖機（jī）目標轉速的（de）啟動速率，使雙端麵幹氣密封在機組啟動時能夠迅速脫開，減少啟動時的磨損，這樣將提高幹氣密封的使用壽（shòu）命。
（3）密封（fēng）氣的流量是監控雙端（duān）麵幹氣密封運行好壞的，流量穩（wěn）定則說明幹氣密封使用情（qíng）況良好。雙端麵幹氣密封使用時如出現密封氣（qì）流量漸漸增大，說明幹（gàn）氣密封的零部件（jiàn）出現了問題，應引起重視，盡快解決。
（4）雙端麵幹氣密封體需定期檢修，更換O型圈。
4 串聯式幹氣密（mì）封
幹氣密封結構見圖3。
帶中間進氣的串聯式幹氣密封適用（yòng）於既不允許工藝氣泄漏（lòu）到大氣中，又不允許阻封氣進入機內的工（gōng）況。其結構是在串聯式幹氣（qì）密封的兩級（jí）之間加入迷宮密封或直筒密封結構。所用氣體除工藝氣本身以外，還需另引一路氮氣作為第二級密封與中間迷宮間的使用氣體。當一級密封失效時，第二級密封可以起到輔助安全的（de）作用。
串（chuàn）聯式幹氣密封的原理與雙端（duān）麵幹氣密封原理相同。
4.1串聯式幹氣密封係統
幹氣密封係統流程說（shuō）明：
（1）級密封氣流程
脫硫幹氣經精過濾器過濾達到1μm精度（dù），然後經（jīng）流（liú）量（liàng）計（jì）下遊的（de）截（jié）止閥控製流量，Z後進入高、低壓端一級密封腔。一（yī）級密封氣體絕大部分經機組迷宮（gōng）返回到機內，阻止機內氣體（tǐ）外漏汙染密（mì）封，少量氣體經過密封（fēng）端麵泄漏至級密封（fēng）排氣腔。
（2）第（dì）二級密封氣流程
氮氣經過濾器（qì）過濾達（dá）到1μm精度，分為兩路，分別經流量（liàng）計後進入高低壓端二（èr）級密封腔（qiāng），由流量計（jì）後（hòu）的針閥控製流量（liàng）。此（cǐ）部分氣體中少（shǎo）量通過密封端麵（miàn）泄漏到二級密封排氣腔，到室（shì）外放空；另外大部分氣體經迷宮（gōng）密封泄漏到一級密封（fēng）排氣腔，與一級密封泄漏氣混合。
（3）隔離氣控製流程
經過濾器過濾後的氮氣，另一路分別經孔板組件後，進入高低壓端隔離氣室，一部分經迷（mí）宮後與二級密封端麵泄漏的氣體（tǐ）混合，引至安全地點放空；另一部分經迷宮後通過軸承回油放空（kōng）孔就地放空，此部分氣體是為了阻止潤滑油汙（wū）染密封端麵。
（4）放火炬氣流程
一級密封泄漏氣與大部分二級密封（fēng）氣的混合（hé）氣體經流量計後（hòu）放火炬。孔板起節流作用，當一級密封損壞（huài）大量氣體外漏，使孔板前的壓力達到壓（yā）力設定值時，壓力開關連鎖（suǒ）停機。
4.2串聯（lián）式幹氣（qì）密封的優缺點
（1）串聯式幹氣密（mì）封與雙端麵幹氣密封相比，氮氣的耗量小；
（2）因脫硫幹氣長時間運行可（kě）能會造成（chéng）密（mì）封端麵結焦，有可能會造成密（mì）封損壞，無（wú）法（fǎ）達到長周（zhōu）期運（yùn）轉的要求；
（3）串聯式幹（gàn）氣密封（fēng）與雙端麵幹（gàn）氣密封相比，功耗大。
經綜合評價，富氣壓（yā）縮機Z理（lǐ）想的軸（zhóu）端麵密封為雙端幹氣密封（fēng）。
