国内泵用干气密封典型结构
泵用干气密封技术与应用
泵用干气密封技术与应用一、干气密封概述干气密封是二十世纪六十年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的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。
经过数年的研究，英国的约翰克兰公司于七十年代末期率先将干气密封应用到海洋平台的气体输送设备上，并获得成功。
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：1、密封使用寿命长、运行稳定可靠；2、密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；3、与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小；4、可实现介质的零逸出，是一种环保型密封；5、密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护；二、离心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。
2、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）主密封泄漏的工艺介质随密封气排入火炬，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。
泵串联式干气密封基础知识
泵串联式干气密封基础知识一、干气密封结构说明干气密封为串联式结构，第一级为平衡型机械密封，第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.5MPa左右。
由于干气密封端面上加工有螺旋型动压槽，只允许单向旋转，因此，该密封的旋转方向必须与干气密封装配图上标注的旋向一致。
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，防止端面汽化、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；c)主密封泄漏出的气体随氮气排入火炬，防止危险气体直接进入大气，消除了安全隐患同时起到环保的作用。
二、干气密封控制系统说明流程说明：干气密封控制系统是密封的重要组成部分。
它由密封气过滤单元和泄漏监测单元组成，为干气密封长期稳定运行提供保障。
1）过滤单元：外部氮气由G1进入控制系统首先经过截止阀V1（控制管网氮气进入系统）经过过滤器F1（精度为1μm，为干气密封提供干净的气体）经过减压阀V2，（减压到所需压力0.5MPa，为干气密封提供稳定的密封气）；再经过单向阀V3（防止主密封失效后，介质反串到氮气网管）由G2进入干气密封和主密封形成的密封腔（形成一个带压的干气密封腔，为主密封提供背压，延长主密封的使用寿命）2）泄漏监测单元：由G3泄漏出的微量的介质和氮气经截止阀V4(防止主密封失效后工艺介质大量泄漏)；经过压力表PI-12（监测主密封和辅助密封的使用情况）；经过节流孔板R0-11（起节流作用，在干气密封的密封腔建立所需0.5MPa的压力，同时对氮气耗量进行控制）。
当主密封泄漏过大时，由于限流孔板的作用，干气密封腔压力上升，泄漏管线上的压力表指示上升，超过0.6MPa时表明主密封失效。
最后经过一个单向阀V5（防止火炬管网气体反窜）把主密封泄漏的微量介质随同氮气排向火炬。
三、干气密封的运行及监测1.干气密封的运行在泵运转前应将连接到氮气的干气密封腔进气管线脱开，打开氮气入口阀对系统管线进行吹扫。
干气密封
3 双端面干气密封3.1 双端面干气密封的结构和原理干气密封结构见图2。
1. 静环2.动环组件（旋转环）3.副密封O型圈4.弹簧5.弹簧座（腔体）图2 干气密封结构弹簧在密封无负荷状态下，使静环与固定在轴上的动环组件配合。
不同的是干气密封的密封面宽，动环或静环端面上（或者同时在两个端面上）开有螺旋槽，其加工精度高，测试手段复杂。
根据泵送原理，随着动环的转动，密封气被向内泵送到螺旋槽的根部。
配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为0.03mm 左右。
当由气体静压力和弹簧力产生的闭合力等于气体膜压力时，便建立了稳定的平衡间隙。
密封气压力始终比富气压力高0.2～0.3MPa ，这样密封气泄漏的方向总是朝着富气和大气，从而保证富气不会向大气泄漏。
干气密封要取得优良的性能，需要保持间隙稳定，同时，为减小泄漏又必须控制间隙很小，保证密封面不会发生接触。
3.2 干气密封控制系统经过滤的干净密封气（一般为氮气）分三路进入压缩机的密封腔：一部分经节流孔板进入缓冲气腔，缓冲气经迷宫后全部进入压缩机内，其作用是阻止机内富气向外扩散污染密封端面，影响密封正常运行；另一部分经流量计后进入主密封腔，这部分主密封气全部经端面形成气膜，对端面起润滑冷却作用。
向内侧泄漏的主密封气和缓冲气混合进入机内，向外侧泄漏的主密封气和隔离气混合放空；第三部分经孔板限流后进入隔离气腔，其中一部分隔离气经轴承箱放空，用来阻止润滑油进入干气密封，另一部分与向外侧泄漏的主密封气混合放空。
双端面干气密封正常运行的主要条件是确保主密封腔与缓冲气腔压差大于0.3MPa ，当压差小于0.05MPa 时，应准备停车。
另外，流量计和差压变送器信号进入DCS系统。
3.3 双端面干气密封的优点（1）端面非接触，寿命长，气膜厚度和刚度更大，可靠性更高；（2）极限速度高，最大达150～180m/s ，适应各种工况；（3）密封消耗的功率与密封介质的密度和粘度有很大关系，液体和气体的密度和粘度几乎相差两个数量级，干气密封消耗的功率仅为浮环密封的5％左右，因此说双端面干气密封功耗低，节省能源；（4）省去了庞大的密封油系统，密封系统总投资比浮环密封低，质量轻，占地面积小；（5）消除了密封油污染润滑油的可能性；（6）控制系统比浮环密封简单，运行和维护费用低。
泵用干气密封系统
2.通过监测压力、流量等参数，反映密封工作状 态，当这些参量超过设定值时，输出报警信 号，避免事故的发生。
干气密封控制系统组成单元
1.过滤单元：过滤缓冲气，精度1μm。 2.调压单元：将过滤后的缓冲气压力整定到设
计值。
3.测量单元：监测缓冲气压力、流量参数。 4.报警单元： 当压力低于或流量高于设定值时，给出报警信
CSV
CSD
GBI
SNS
3.PLAN75
应用介质：常温下不易挥发的流体，泄漏 物会凝结或气体回收系统会倒流。
应用结构：无压双密封
公用工程要求：需接火炬管网，对管网的 压力有要求。
元件组成：收集器+孔板+高报压力开关 （0.7bar)+阀门
其它：通常与PLAN72配合使用
CSD CSD
4.PLAN74
时应及时更换； 4.先给干气密封送气再启动泵，但应注意氮气压
力的要求；反之，当泵完全停稳后再关闭气 源。
泵用干气密封简介
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干气密封端面典型槽型图
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Fs---弹簧作用力 Fp---介质作用力 Fo---气膜反力 Ha---气膜厚度
闭合力=Fs+Fp 开启力=Fo
干气密封作用力图
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一、泵用干气密封特点
非接触式气体润滑密封，端面无磨损 用“气封液”代替“液封液” 密封更安全可靠 无污染
密封控制系统结构简单,可靠性高 全寿命成本低
应用介质：介质可含固体，但不能是高黏 度或易聚合
应用结构：有压双干气密封
公用工程要求：氮气压力高于泵腔至少 1.75bar
元件组成：截止阀+2~3微米过滤器（清除 颗粒，液体）+调压器(至少高于介质 1.75bar)+(孔板)+流量计+压力表 +(FSH)+低报压力开关+单向阀
干气密封结构、原理和密封气供给流
干气密封结构、原理和密封气供给流程及要求1、干气密封结构和工作原理涩北首站压缩机采用的二级串联干气密封，具体结构如图1。
图1干气密封剖面图参照图1干气密封剖面图，对干气密封的结构和气体流向说明如下。
图1中，1——动环，2——静环，3——推环，4——弹簧所在空间（弹簧未画出），A ——密封气进气口，B——一级密封气排气口，C——未使用，D——隔离气排气口（二级密封泄露的少量密封气亦从此通道排除），E——隔离气进气口。
干气密封主要由动环1、静环2、弹簧组件（3和弹簧）等元件构成，静环、动环端面均为环形平面，但在动环端面具有一组“T”型槽，槽的深度大约5微米。
压缩机不运转时，在弹簧力的作用下，动环与静环之间的端面紧贴而无间隙。
但是，压缩机运转时，密封工作，密封气通过A孔进入动环上的“T”型流道，由于气体具有粘性以及两平行平面间具有沟槽，根据雷诺方程在两平行平面之间产生流体动压力，当流体动压力与作用在密封上的气体静压力以及弹簧力平衡时，就在两端面之间形成并维持一层极薄的气膜，气膜厚度大约5微米。
通常，从A孔进入的密封气压力高于压缩机平衡管的压力，该气体一部分进入压缩机内阻挡机内脏的介质气；另一部分从动静环之间的气膜泄漏到下游的腔室内，从而形成对压缩机内工艺气的密封。
由于气膜厚度非常小，泄漏出的气体量也非常小。
该密封包括两级相同的密封，两者为串联布置。
第一级密封即主密封，密封气体是经过过滤的天然气，第二级密封的密封气体是从一级密封中泄漏出来的天然气。
在主密封正常工作时，二级密封作为主密封的安全备用密封，加强密封的安全性，当主密封出现故障而不能正常工作时，二级密封就替代主密封，保证干气密封正常发挥密封功能和压缩机安全停机检修。
在靠近压缩机内侧（图1中的右侧），迷宫密封位于干气密封的前端，作为前置密封。
通过对密封气压力的调节使得从A孔进入的密封气压力高于迷宫密封内侧工艺气体的压力（此压力实际为压缩机平衡管压力），从而保证压缩机内脏的天然气不会向干气密封侧流动，保证干气密封始终在干燥、干净的气氛中运行。
泵用干气密封讲稿2011
易燃易爆有毒的 主要用于常温 易汽化的清洁流 清洁流体 。 体如： 1.非聚合流体， 饱和蒸汽压高于 封液。 2.易结晶流体如 含碱，胺。
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串联式干气密封 双端面干气密封 串联式机械密封 （PLAN72＋76） （PLAN74） （PLAN52） 安全性高。一级 机械密封泄漏出 的介质通过密封 气排火炬，二级 干气密封泄漏到 大气的为氮气， 不会对现场造成 威胁；主密封失 效，次级密封起 到备用密封的作 用。 安全性高。密封 气一部分进入介 质，一部分排向 大气，保证介质 零泄漏。 安全较高。一级 机械密封泄漏出 来的微量介质可 通过储罐排向火 炬，且主密封失 效时次级密封在 短时间内起到备 用密封的作用。
闭合力=Fs+Fp 开启力=Fo B．间隙增大 闭合力＞开启力
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干气密封作用力图
Fs---弹簧作用力 Fp---介质作用力 Fo---气膜反力 Ha---气膜厚度
闭合力=Fs+Fp 开启力=Fo C．间隙减小 闭合力＜开启力
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干气密封的自我平衡过程：
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PLAN74控制系统流程图
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泵用干气密封控制盘PLAN74
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泵用干 气密封控制盘(现场)
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泵用干 气密封控制盘（现场）
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三．泵用干气密封与机械密封的比较 （易挥发、轻烃类介质）
环 保 方 面
环保性好。介质 全部送至火炬燃 烧，不会泄漏到 环境中，次级密 封泄漏到现场的 为氮气，不会对 现场造成任何污 染。
干气密封技术基本结构原理
干气密封技术基本结构原理一般来讲，典型的干气密封结构包含有静环、动环组件（旋转环）、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座（腔体）等零部件。
静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。
弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在转子上的动环组件配合。
在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。
配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，随着转子转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。
密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。
该密封坝的内侧还有一系列的反向螺旋槽，这些反向螺旋槽起着反向泵送、改善配合表面压力分布的作用，从而加大开启静环与动环组件间气隙的能力。
反向螺旋槽的内侧还有一段密封坝，对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。
配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保持一个很小的间隙，一般为3微米左右。
当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。
在动力平衡条件下，作用在密封上的闭合力Fc，是气体压力和弹簧力的总和。
开启力Fo是由端面间的压力分布对端面面积积分而形成的。
在平衡条件下Fc=Fo，运行间隙大约为3微米。
如果由于某种干扰使密封间隙减小，则端面间的压力就会升高，这时，开启力Fo大于闭合力Fc，端面间隙自动加大，直至平衡为止。
类似的，如果扰动使密封间隙增大，端面间的压力就会降低，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，密封会很快达到新的平衡状态。
这种机制将在静环和动环组件之间产生一层稳定性相当高的气体薄膜，使得在一般的动力运行条件下端面能保持分离、不接触、不易磨损，延长了使用寿命。
具体介绍干气密封气体润滑非接触式机械密封 (简称干气密封)液体润滑上游泵送非接触式机械密封 (简称上游泵送密封)都是基于现代流体动压润滑理论的新型非接触式机械密封。
与普通的接触式机械密封相比,干气密封与上游泵送密封可实现密封介质的零泄漏甚至零逸出,彻底消除对环境的污染,且因端面无直接的固体摩擦磨损而使使用寿命延长、密封可靠性提高和运行维护费用下降,从而使经济效益明显提高。
干气密封结构与原理
在干气密封中，动环和静环的端面非常光滑，几乎 完全贴合，形成极薄的气膜。
03
由于气膜很薄，因此两环之间几乎没有摩擦，从而 延长了密封的使用寿命。
流体动压效应的维持
当气体在密封端面之间流动时， 会产生流体动压效应，使气膜 具有一定的承载能力。
流体动压效应的产生与气体的 流速、压力、温度和端面间的 距离等因素有关。
干气密封的失效分析
干气密封的失效可能是由于多种因素引起的，如端面磨 损、气体污染、机械振动等。
气体污染是指气体中夹杂的杂质颗粒物对密封端面的损 伤，导致密封性能下降。
端面磨损是由于密封环在长期运行过程中，端面逐渐磨 损导致气膜变薄，最终导致密封失效。
机械振动会破坏气膜的稳定性，导致密封失效。
04
整体结构设计
干气密封结构
由多个组件组成，包括密封端面、密 封圈、弹簧组件等，各组件之间相互 配合，共同实现干气密封功能。
结构设计原则
遵循简单、可靠、易于维护和更换的 原则，同时考虑温度、压力、腐蚀等 环境因素对密封性能的影响。
03
干气密封的工作原理
非接触式密封原理
01
干气密封是一种非接触式密封，通过在密封端面之 间形成一层稳定的气膜来实现密封。
表面处理
为提高密封性能，密封端 面可进行镀层、涂层等表 面处理。
流体动压效应的产生
1 2 3
流体动压效应
密封端面在相对运动过程中，由于表面粗糙度的 作用，使气体在端面间形成流体动压力，从而产 生密封效果。
流体动力润滑
在密封端面间形成一层稳定的气体润滑膜，使密 封端面在相对运动中保持分离状态，防止直接接 触。
研究并开发非接触式密封结构，降低密封面的摩擦和 磨损，提高密封性能。
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封 有很 高 的要 求 ．
国内离 心泵传 统 的轴 端 密 封 主要 有 迷 宫 密 封 、 浮环密 封和机 械密 封 ． 干气 密封是 １７ ９ ０年代 末在 气 体 润 滑理论 基 础 上 发 展 起 来 的 一 种 新 型 非 接 触 式
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｏｎ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ａ ｅ ｌｆ ｒｔ ｅ ｐ ｍｐ ｗｏ ｋ ｎ ｒｎ ｉ ｌ ｎ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ，ｈｅ ａ ｐ ｉ ｄ ｈｅ ａ ａｙ ｉ ｆｄ ｙ ｇ ｓｓ ａ ｏ ｈ ｕ ｒ ｉ ｇ ｐ ｉ ｃ ｐｅ ａ ｄ ｃ ａ ａ ｔｒｓｉ ｓ ｔ ｐ ｌｅ
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度 较低 的设备 时 ， 具有 最优 良的 密封 性 能． 密封 用 户在 密封 布 置 方 式和 低 线速 度 下 动 压槽 槽 型 为
的 选 取 提 供 了依 据 ．
关键词 ： 离心泵 ； 气密封 ； 干 结构
中图分 类号 ：Ｈ１ ６ Ｔ ห้องสมุดไป่ตู้
文献 标 志码 ： Ａ
Ｔｈ ｙ ｉ ａ ｔ ｕ ｔ ｒ ｆ ｄｒ ａ ｅ ｌ ｏ ｅ ｒ ｆ ａ ｍ ｐ ｅ ｔ ｐ ｃ ｌｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｏ ｙ ｇ ｓ ｓ ａ ｓ ｆ ｒ ｃ ｎｔ ｉｕｇ ｌｐｕ
１９ ９ ０年代后 期 开始逐 渐 引进 干气 密 封 技术 ， 用 于 应
泵 ， 占全部 液 体 输 送 设 备 的 ９ ％ ． 心 泵 常 用 约 ０ 离 于输 送腐 蚀性 、 性 、 燃 易爆 性 介 质 ， 毒 易 因而 对 其 密
大 型离 心压 缩 机 和 离 心 泵 ． 年 来 ， 乙 烯 、 肥 、 近 在 化 化 纤及 原 油 输 送 等 行 业 ， 用 干 气 密 封 被 广 泛 应 泵 用． 国外 离 心 泵 轴 端 密 封 技 术 经 历 了填 料 密 封 、 迷 宫 密封 、 合式 浮环 密 封 、 触 式 机 械密 封 的 发 展 ， 组 接
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第２ ５卷 第 ４期 ２１ ００年 ８月
郑 ｋ 轻 工 业 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ） ， ｌ ， ｌ
ＪＵ Ｎ Ｌ Ｆ Ｈ Ｎ Ｚ Ｏ ＮＶ Ｒ ＩＹＯ ＩＨ Ｄ ＳＲ Ｎｔ ａＳｉ ｃ） Ｏ Ｒ Ａ Ｅ Ｇ Ｈ ＵＵ ＩＥ Ｓ ＦＬ Ｔ Ｎ Ｕ Ｔ Ｙ（ ａ ｒ ｃ ｎｅ ＯＺ Ｔ Ｇ Ｉ ｕｌ ｅ
Ｖｏ． ５ Ｎｏ ４ １２ ． Ａｕ ． ２ ０ ｇ ０１
文章 编 号 ：０４—１７ （ ００ ０ ０ ５ — ４ １０ ４ ８ ２ １ ）４— ０ １ ０
国 内泵 用 干气 密封 典 型 结 构
刘亚莉 ， 张强 ， 赵 丽丽 ， 董华 东 ， 戚俊清
（ 州轻 工业 学 院 材料 与化 学工 程学 院 ，河南 郑州 ４ ０ ０ ） 郑 ５０２ 摘 要 ： 分析 泵 用干 气密封 的 工作原 理和特 点 的基础 上 ， 出 了 串联 式 、 在 给 内压 式和 外压 式 ３种典 型 布 置方 式 的泵用 干 气密封适 用场 合 ． 分析 了泵 用 干 气 密封 动 压槽 槽 型 ， 明螺 旋 槽 结 构 用 于线 速 表
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ｅ ｔｉｕ ａ ｕｍｐ； ｒ ａ ｅ ｌ ｓｒ ｃｕ ｅ ｃ ｎ ｒｆ ｇ ｌｐ ｄ ｇ ｓ ｓ ａ ； ｔｕ ｔ ｒ ｙ
０ 引言
目前 石 油 化 工 行 业 的生 产 装 置 大 量 采 用 离 心
密 封 ， 用 流体动 力 学 原 理 ， 现 非接 触 式 运 行 ， 利 实 具 有 泄漏 量少 、 寿命 长 、 能耗 低 、 封 的 流体 不 受 油 污 密 染 、 封 辅 助 系 统 简 单 可 靠 等 特 点 』 我 国 在 密 ．