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[摘 要]编写用于计算流体动压效应的计算程序，用有限元法对干气密封端面进行数值优化设计计算，得到动压槽形的最佳结构参数。利用干气密封独特的低能耗、少维护、长寿命、零泄漏的优点，结合现场实际情况，在对机组的壳体和转子等主要部件不做任何改动的前提下，制定C401压缩机原浮环密封的改造方案，解决在运行过程中密封易失效而导致密封油跑失的问题；同时，将原密封油脱气系统废除，消除安全隐患，简化操作，减少电能和润滑油的消耗。
[关键词]丙烯 干气密封 泄漏
中图分类号：TQ221.212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0033-01
1 概述
聚丙烯装置C401压缩机是大庆炼化公司聚丙烯装置的关键动设备，该压缩机是意大利Basell公司[1]的早期产品，轴封采用的是浮环密封。通过使密封油与参考气保持一个稳定的压差，一方面防止了工艺介质的漏失，达到了密封的目的；另一方面，使密封油与工艺介质隔开，使二者不接触，达到免污染的目的。
然而，从该压缩机投产多年的使用情况表明，浮环密封常常出现浮环烧损、密封油大量跑失现象，检修维护量较大，是设备检修管理中的一项主要内容，增加了生产管理难度。
随着科学技术的发展，目前应用在高速离心压缩机的密封技术已经有了很大的提高，干气密封的应用，能彻底解决困扰高速离心压缩机的轴封问题，密封使用寿命及性能都将有很大提高。因此，我们建议将聚丙烯装置C401压缩机浮环密封改造为干气密封。
2 丙烯压缩机密封国内外研究现状及发展趋势
丙烯压缩机密封经历了迷宫密封、浮环密封、机械密封、干气密封的发展过程，是19世纪60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。目前，干气密封在国外已经属于比较成熟的产品，国外90%以上的离心压缩机采用干气密封。主要生产厂有英国约翰克兰、德国伯格曼、美国福斯公司等，其干气密封产品正向各类旋转设备上推广。
国内在干气密封方面的研究比较晚，石油大学的顾永泉教授及其助手在90年代初进行了干气密封的理论研究。国内干气密封的应用是在90年代中后期进行的。
3 必要性和意义
实践表明，浮环密封本身的特点导致如果安装间隙过小会使密封部件接触、过热而烧损，而间隙过大又易造成密封效果不好而使密封油大量跑失。在实际装配中，为了尽可能避免密封部件过热、烧损，使浮环间隙接近标准的上限值，常常因浮环间隙大而造成密封油回油量大甚至大量漏失的现象，性能不稳定可靠，是压缩机系统运行中的隐患。仅2007年就因处理聚丙烯C401压缩机浮环问题而手动停机3次，2008年初因处理聚丙烯C401压缩机浮环问题而手动停机1次，不但增加了停机检修维护费用，还给安全生产和正常的生产管理带来不利因素。
另外，目前需要投用密封油脱气系统，使操作繁琐，同时需要消耗电能和润滑油（投用脱气系统时密封油回油需经过搅拌、加温、抽负压、脱气操作，耗能大且要挥发损失一部分密封油）。
针对这种情况，提出将其密封方式改造为干气密封。干气密封独特的低能耗、少维护、长寿命、零泄漏的优点是其他密封根本无法比拟的。干气密封的功率消耗是浮环密封的10%左右、机械密封的5%左右，而且其辅助系统简单，可靠性高，使用中不需要维护。其密封介质为工艺气体本身，对工艺系统无任何影响，且无需液体润滑、冷却、冲洗，完全摆脱了对密封油的依赖，极大的提高了密封系统的可靠性，且运行成本极低。
改造后可以将原密封油脱气系统废除，增加了压缩机系统运行的可靠性，既方便岗位人员的操作，又节约了电能和润滑油的消耗，达到了安全生产和环保要求。
4 主要技术经济考核指标
气体泄漏量≤50Nm3/h
密封使用寿命>16000h
5 预计达到的目标、主要内容及关键技术
5.1 主要目标：
通过对聚丙烯装置C401压缩机的工艺条件及压缩机结构进行分析以后，我们认为该机组完全具备改造成干气密封的条件。改造成干气密封后，密封使用寿命及性能将得到极大提高，密封使用寿命将超过3年；避免因密封原因造成的非计划停车出现，保证安全生产；同时，干气密封的应用，可彻底消除浮环密封油向工艺系统中泄漏的隐患和对润滑油的污染（因为干气密封无需油润滑，而是采用工艺气体本身进行润滑）；实现工艺介质向环境的零泄漏，符合环保要求。
5.2 主要内容
5.2.1 首先编写用于计算流体动压效应的计算程序，用有限元法对干气密封端面进行数值计算。通过计算机优化设计，得到动压槽形的最佳结构参数。
5.2.2 根据聚丙烯装置C401离心压缩机的工况参数与密封腔结构，在对机组的壳体和转子等主要部件不做任何改动的前提下，设计出适合现场使用的干气密封与干气密封控制系统。
5.3 关键技术
干气密封是利用流体动压原理而形成密封端面自动分离的非接触密封，干气密封的设计必须利用数值计算技术才能获得最佳的密封性能。由于加工在干气密封端面上的动压槽非常浅（一般在几微米左右），而且密封端面材料硬度非常高，一般的加工方法不能满足加工精度，加工难度很大。
因此，干气密封端面槽形结构计算及加工是难点与关键。因为它们直接影响干气密封端面产生的动压效应，从而影响密封的整体性能。
6 干气密封
6.1 密封结构参数
6.1.1 干气密封动压槽形状
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。 6.1.2 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，干气密封动压槽深度一般在3—10μm。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。
6.1.3 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。
6.2 操作参数对密封泄漏量的影响
6.2.1 密封直径、转速对泄漏量的影响
密封直径越大，转速越高，密封环线速度越大，干气密封的泄漏量就越大。
6.2.2 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。
6.2.3 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。
7 前期工作
我们对目前丙烯压缩机密封的使用现状进行了充分调研，了解了干气密封在离心压缩机上应用的情况，对干气密封技术及其优点有了一定的认识；结合现场相似离心压缩机干气密封的使用情况，分析了C401压缩机密封改造的可行性，认为该机组具备改造成干气密封的条件。
8 结束语
该机组采用干气密封以后，不仅每年能为企业带来可观的经济效益，同时也带来显著的社会效益。通过采用先进技术，增强了生产的安全性，提高了生产管理水平；改造后将原密封油脱气系统废除，方便岗位人员的操作，利于生产管理；同时，符合HSE要求。
该改造设想研究完成后，其技术成果可进一步推广，广泛应用于大庆炼化分公司各类压缩机上，全面提高离心压缩机的密封性能，保证压缩机长周期安全平稳运行，并大大降低密封系统的能源消耗，促进环保。因此，具有广阔的推广和产业化应用前景。
参考文献
[1] 意大利BASELL公司聚烯烃，中国石油大庆炼化公司30万吨/年聚丙烯装置工艺设计包B[M].黑龙江大庆，2004.9，17-26.
[关键词]丙烯 干气密封 泄漏
中图分类号：TQ221.212 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0033-01
1 概述
聚丙烯装置C401压缩机是大庆炼化公司聚丙烯装置的关键动设备，该压缩机是意大利Basell公司[1]的早期产品，轴封采用的是浮环密封。通过使密封油与参考气保持一个稳定的压差，一方面防止了工艺介质的漏失，达到了密封的目的；另一方面，使密封油与工艺介质隔开，使二者不接触，达到免污染的目的。
然而，从该压缩机投产多年的使用情况表明，浮环密封常常出现浮环烧损、密封油大量跑失现象，检修维护量较大，是设备检修管理中的一项主要内容，增加了生产管理难度。
随着科学技术的发展，目前应用在高速离心压缩机的密封技术已经有了很大的提高，干气密封的应用，能彻底解决困扰高速离心压缩机的轴封问题，密封使用寿命及性能都将有很大提高。因此，我们建议将聚丙烯装置C401压缩机浮环密封改造为干气密封。
2 丙烯压缩机密封国内外研究现状及发展趋势
丙烯压缩机密封经历了迷宫密封、浮环密封、机械密封、干气密封的发展过程，是19世纪60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。目前，干气密封在国外已经属于比较成熟的产品，国外90%以上的离心压缩机采用干气密封。主要生产厂有英国约翰克兰、德国伯格曼、美国福斯公司等，其干气密封产品正向各类旋转设备上推广。
国内在干气密封方面的研究比较晚，石油大学的顾永泉教授及其助手在90年代初进行了干气密封的理论研究。国内干气密封的应用是在90年代中后期进行的。
3 必要性和意义
实践表明，浮环密封本身的特点导致如果安装间隙过小会使密封部件接触、过热而烧损，而间隙过大又易造成密封效果不好而使密封油大量跑失。在实际装配中，为了尽可能避免密封部件过热、烧损，使浮环间隙接近标准的上限值，常常因浮环间隙大而造成密封油回油量大甚至大量漏失的现象，性能不稳定可靠，是压缩机系统运行中的隐患。仅2007年就因处理聚丙烯C401压缩机浮环问题而手动停机3次，2008年初因处理聚丙烯C401压缩机浮环问题而手动停机1次，不但增加了停机检修维护费用，还给安全生产和正常的生产管理带来不利因素。
另外，目前需要投用密封油脱气系统，使操作繁琐，同时需要消耗电能和润滑油（投用脱气系统时密封油回油需经过搅拌、加温、抽负压、脱气操作，耗能大且要挥发损失一部分密封油）。
针对这种情况，提出将其密封方式改造为干气密封。干气密封独特的低能耗、少维护、长寿命、零泄漏的优点是其他密封根本无法比拟的。干气密封的功率消耗是浮环密封的10%左右、机械密封的5%左右，而且其辅助系统简单，可靠性高，使用中不需要维护。其密封介质为工艺气体本身，对工艺系统无任何影响，且无需液体润滑、冷却、冲洗，完全摆脱了对密封油的依赖，极大的提高了密封系统的可靠性，且运行成本极低。
改造后可以将原密封油脱气系统废除，增加了压缩机系统运行的可靠性，既方便岗位人员的操作，又节约了电能和润滑油的消耗，达到了安全生产和环保要求。
4 主要技术经济考核指标
气体泄漏量≤50Nm3/h
密封使用寿命>16000h
5 预计达到的目标、主要内容及关键技术
5.1 主要目标：
通过对聚丙烯装置C401压缩机的工艺条件及压缩机结构进行分析以后，我们认为该机组完全具备改造成干气密封的条件。改造成干气密封后，密封使用寿命及性能将得到极大提高，密封使用寿命将超过3年；避免因密封原因造成的非计划停车出现，保证安全生产；同时，干气密封的应用，可彻底消除浮环密封油向工艺系统中泄漏的隐患和对润滑油的污染（因为干气密封无需油润滑，而是采用工艺气体本身进行润滑）；实现工艺介质向环境的零泄漏，符合环保要求。
5.2 主要内容
5.2.1 首先编写用于计算流体动压效应的计算程序，用有限元法对干气密封端面进行数值计算。通过计算机优化设计，得到动压槽形的最佳结构参数。
5.2.2 根据聚丙烯装置C401离心压缩机的工况参数与密封腔结构，在对机组的壳体和转子等主要部件不做任何改动的前提下，设计出适合现场使用的干气密封与干气密封控制系统。
5.3 关键技术
干气密封是利用流体动压原理而形成密封端面自动分离的非接触密封，干气密封的设计必须利用数值计算技术才能获得最佳的密封性能。由于加工在干气密封端面上的动压槽非常浅（一般在几微米左右），而且密封端面材料硬度非常高，一般的加工方法不能满足加工精度，加工难度很大。
因此，干气密封端面槽形结构计算及加工是难点与关键。因为它们直接影响干气密封端面产生的动压效应，从而影响密封的整体性能。
6 干气密封
6.1 密封结构参数
6.1.1 干气密封动压槽形状
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。 6.1.2 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，干气密封动压槽深度一般在3—10μm。在其余参数确定的情况下，动压槽深度有一最佳值。
6.1.3 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。
6.2 操作参数对密封泄漏量的影响
6.2.1 密封直径、转速对泄漏量的影响
密封直径越大，转速越高，密封环线速度越大，干气密封的泄漏量就越大。
6.2.2 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。
6.2.3 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。
7 前期工作
我们对目前丙烯压缩机密封的使用现状进行了充分调研，了解了干气密封在离心压缩机上应用的情况，对干气密封技术及其优点有了一定的认识；结合现场相似离心压缩机干气密封的使用情况，分析了C401压缩机密封改造的可行性，认为该机组具备改造成干气密封的条件。
8 结束语
该机组采用干气密封以后，不仅每年能为企业带来可观的经济效益，同时也带来显著的社会效益。通过采用先进技术，增强了生产的安全性，提高了生产管理水平；改造后将原密封油脱气系统废除，方便岗位人员的操作，利于生产管理；同时，符合HSE要求。
该改造设想研究完成后，其技术成果可进一步推广，广泛应用于大庆炼化分公司各类压缩机上，全面提高离心压缩机的密封性能，保证压缩机长周期安全平稳运行，并大大降低密封系统的能源消耗，促进环保。因此，具有广阔的推广和产业化应用前景。
参考文献
[1] 意大利BASELL公司聚烯烃，中国石油大庆炼化公司30万吨/年聚丙烯装置工艺设计包B[M].黑龙江大庆，2004.9，17-26.