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摘要：
近几年来，透平压缩机通常用来输送大多数危险性工艺气体，这就要求其轴端密封达到介质的零泄漏或零逸出。因此对压缩机原接触式机械密封进行技术改造。通过多种密封的性能研究对比，将其改造为非接触式双端面干气密封，并附加测控系统保证干气密封的安全稳定运行。经过试验验证，双端面干气密封应用于富气压缩机上是完全可行的，成为高速透平压缩机轴端密封的首选。
【关键词】透平压缩机 轴端密封 干气密封
前言
透平压缩机是石化、炼化、乙烯厂、等企业的核心装置，其性能的好坏直接决定整个车间的运行效率[1-2]。然而，压缩机用机封又是决定其正常开启的关键技术之一。
随着石化及能源工业的发展，透平压缩机的工作参数也越来越高，对所用机封的要求也越来越严格[3-5]。截止目前，透平压缩机密封经历了三个阶段：迷宫密封；浮环密封；接触式机械密封。
1.压缩机常用的几种密封形式
1.1迷宫密封
迷宫密封是利用流体流经一系列节流间隙与膨胀空腔组成的通道，使其产生节流降压效应，从而减小流体泄漏的一种密封，功耗少，使用寿命长，成本低，维护方便。但也有不足之处，如密封元件加工精度高，装配较为困难；设计或组装不良，易产生较大泄漏。炼油、化工等行业危险性工艺气体压缩机将使用更为先进的密封形式。
1.2 浮环密封
浮环密封属于非接触式密封，寿命长，可靠性高，适用范围广。但由于其内泄漏较大，回收处理设备较复杂，易对润滑油造成污染和影响产品质量，运行成本高等缺点，该密封正在被其它更先进的密封形式所取代。
1.3接触式机械密封
接触式机械密封是依靠静环和动环端面的相互贴合并相对滑动而形成密封的，具有密封性能好、泄漏量少、功耗低、使用周期长等优点；但也不乏其制造精度高、价格较贵、维修不便等缺点。
2.非接触式机械密封
对原机组密封进行技术改造，采用非接触式双端面干气密封：
干气密封是一种气膜润滑的流体动、静压相结合的非接触式机械密封，在其核心部件表面刻有特殊的螺旋槽。其工作原理如图1，当动环旋转时，被密封的气体沿周向被吸入螺旋槽内，由外径朝向中心，径向分量朝向密封堰流动，密封堰阻止气体流向中心，从而气体被压缩引起压力升高，密封端面间隙得到动态稳定并形成具有一定厚度要求的气膜。主要用来密封旋转流体机械中的气体或液体介质，具有低泄漏率、无磨损运转、寿命长、操作简单可靠等特点。
双端面干气密封是在两个密封之间注入惰性气体作为隔离气体和缓冲气体，从而确保大气侧和被密封气体侧泄漏的气体均是惰性气体。在不允许工艺气泄漏到大气且允许隔离气进入机内时，常选用该密封结构，如有毒或易燃易爆的氢气、氯气、一氧化碳气和富气压缩机上。
3.试验研究
3.1 试验测控系统
富气属于易燃易爆的危险性气体，必须确保零逸出，否则会对环境造成严重的影响。因此密封气源应选低压氮气，同时鉴于干气密封间隙非常小，需要一套测控系统为其提供洁净的密封气并监控其运行。
测控系统的主要流程：
3.1.1主密封流程：系统氮气首先经过精度为3 的粗过滤器以及精度为1 的精过滤器，然后分别通过高、低压端流量计进入主密封腔。
3.1.2前置密封流程：与主密封气采用同一过滤气源，然后通过限流孔板进入密封腔与平衡腔之间的缓冲气腔，其作用是防止压缩机内的工艺气体对干气密封造成污染，破坏密封的正常工作。
3.1.3后置密封流程：另一路经过滤后的氮气，通过限流孔板进入主密封腔与轴承之间的后置密封腔，防止润滑油进入密封端面，破坏密封的正常工作。
3.2 试验结果
试验性能要求：密封压力P≤2MPa时，密封端面泄漏量不大于3Nm3/h。试验主要通过密封气泄漏量来监测干气密封的运行情况，当泄漏量超过一定值时，表明干气密封已损坏。
从上面的关系曲线上可以看出：在相等压力下，泄漏量与转速成正比；而在同一转速的情况下，泄漏量则随着试验压力的增大而增加，但都在允许范围内。
结论
1.选用双端面单向旋转槽型的密封型式，在设计选型上是合理的，应用于富气压缩机上是完全可行的；
2.干气密封在实际运行中的稳定性和可靠性主要取决于主密封压力与缓冲气的差压稳定与否，在运行过程中应重点监控；
3.干气密封较原有机械密封可大幅度降低运行成本，经济效益可观，值得在国内石油，化工行业推广。
参考文献：
[1] 顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 曹正宏.K2301富气压缩机干气密封改造研究[J].甘肃联合大学学报，2009.23（3）.
[3] 刘艳梅，王海宁，段雪梅.富气压缩机干气密封天津鼎铭[J].配套技术与产品，2003.1.55～58
[4] 刘亚莉，赵丽丽，张强，董华东，戚俊清.干气密封技术研究[J].自然科学版，2010.25（2）.
[5] 刘雨川，李广宇。螺旋槽干运行非接触气体密封的理论分析与试验[J].机械工程学报.
近几年来，透平压缩机通常用来输送大多数危险性工艺气体，这就要求其轴端密封达到介质的零泄漏或零逸出。因此对压缩机原接触式机械密封进行技术改造。通过多种密封的性能研究对比，将其改造为非接触式双端面干气密封，并附加测控系统保证干气密封的安全稳定运行。经过试验验证，双端面干气密封应用于富气压缩机上是完全可行的，成为高速透平压缩机轴端密封的首选。
【关键词】透平压缩机 轴端密封 干气密封
前言
透平压缩机是石化、炼化、乙烯厂、等企业的核心装置，其性能的好坏直接决定整个车间的运行效率[1-2]。然而，压缩机用机封又是决定其正常开启的关键技术之一。
随着石化及能源工业的发展，透平压缩机的工作参数也越来越高，对所用机封的要求也越来越严格[3-5]。截止目前，透平压缩机密封经历了三个阶段：迷宫密封；浮环密封；接触式机械密封。
1.压缩机常用的几种密封形式
1.1迷宫密封
迷宫密封是利用流体流经一系列节流间隙与膨胀空腔组成的通道，使其产生节流降压效应，从而减小流体泄漏的一种密封，功耗少，使用寿命长，成本低，维护方便。但也有不足之处，如密封元件加工精度高，装配较为困难；设计或组装不良，易产生较大泄漏。炼油、化工等行业危险性工艺气体压缩机将使用更为先进的密封形式。
1.2 浮环密封
浮环密封属于非接触式密封，寿命长，可靠性高，适用范围广。但由于其内泄漏较大，回收处理设备较复杂，易对润滑油造成污染和影响产品质量，运行成本高等缺点，该密封正在被其它更先进的密封形式所取代。
1.3接触式机械密封
接触式机械密封是依靠静环和动环端面的相互贴合并相对滑动而形成密封的，具有密封性能好、泄漏量少、功耗低、使用周期长等优点；但也不乏其制造精度高、价格较贵、维修不便等缺点。
2.非接触式机械密封
对原机组密封进行技术改造，采用非接触式双端面干气密封：
干气密封是一种气膜润滑的流体动、静压相结合的非接触式机械密封，在其核心部件表面刻有特殊的螺旋槽。其工作原理如图1，当动环旋转时，被密封的气体沿周向被吸入螺旋槽内，由外径朝向中心，径向分量朝向密封堰流动，密封堰阻止气体流向中心，从而气体被压缩引起压力升高，密封端面间隙得到动态稳定并形成具有一定厚度要求的气膜。主要用来密封旋转流体机械中的气体或液体介质，具有低泄漏率、无磨损运转、寿命长、操作简单可靠等特点。
双端面干气密封是在两个密封之间注入惰性气体作为隔离气体和缓冲气体，从而确保大气侧和被密封气体侧泄漏的气体均是惰性气体。在不允许工艺气泄漏到大气且允许隔离气进入机内时，常选用该密封结构，如有毒或易燃易爆的氢气、氯气、一氧化碳气和富气压缩机上。
3.试验研究
3.1 试验测控系统
富气属于易燃易爆的危险性气体，必须确保零逸出，否则会对环境造成严重的影响。因此密封气源应选低压氮气，同时鉴于干气密封间隙非常小，需要一套测控系统为其提供洁净的密封气并监控其运行。
测控系统的主要流程：
3.1.1主密封流程：系统氮气首先经过精度为3 的粗过滤器以及精度为1 的精过滤器，然后分别通过高、低压端流量计进入主密封腔。
3.1.2前置密封流程：与主密封气采用同一过滤气源，然后通过限流孔板进入密封腔与平衡腔之间的缓冲气腔，其作用是防止压缩机内的工艺气体对干气密封造成污染，破坏密封的正常工作。
3.1.3后置密封流程：另一路经过滤后的氮气，通过限流孔板进入主密封腔与轴承之间的后置密封腔，防止润滑油进入密封端面，破坏密封的正常工作。
3.2 试验结果
试验性能要求：密封压力P≤2MPa时，密封端面泄漏量不大于3Nm3/h。试验主要通过密封气泄漏量来监测干气密封的运行情况，当泄漏量超过一定值时，表明干气密封已损坏。
从上面的关系曲线上可以看出：在相等压力下，泄漏量与转速成正比；而在同一转速的情况下，泄漏量则随着试验压力的增大而增加，但都在允许范围内。
结论
1.选用双端面单向旋转槽型的密封型式，在设计选型上是合理的，应用于富气压缩机上是完全可行的；
2.干气密封在实际运行中的稳定性和可靠性主要取决于主密封压力与缓冲气的差压稳定与否，在运行过程中应重点监控；
3.干气密封较原有机械密封可大幅度降低运行成本，经济效益可观，值得在国内石油，化工行业推广。
参考文献：
[1] 顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2] 曹正宏.K2301富气压缩机干气密封改造研究[J].甘肃联合大学学报，2009.23（3）.
[3] 刘艳梅，王海宁，段雪梅.富气压缩机干气密封天津鼎铭[J].配套技术与产品，2003.1.55～58
[4] 刘亚莉，赵丽丽，张强，董华东，戚俊清.干气密封技术研究[J].自然科学版，2010.25（2）.
[5] 刘雨川，李广宇。螺旋槽干运行非接触气体密封的理论分析与试验[J].机械工程学报.