干氣密封技術(shù)在離心壓縮機(jī)的運(yùn)用分析

葉建平 段康康

摘? 要：本文通過(guò)對(duì)干氣密封的工作原理進(jìn)行分析，闡述了干氣密封技術(shù)在離心壓縮機(jī)中的工作原理，通過(guò)對(duì)其運(yùn)行狀況的分析，發(fā)現(xiàn)影響性能的主要參數(shù)，提出解決辦法和注意事項(xiàng)，延長(zhǎng)使用壽命，提升工作效率，保證離心壓縮機(jī)在工作中正常運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：干氣密封;離心壓縮機(jī);控制原理

引言：

隨著工業(yè)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識(shí)的提高，對(duì)各類(lèi)軸承的運(yùn)行要求也逐漸提高。當(dāng)前，我國(guó)絕大多數(shù)化工企業(yè)采用干氣密封技術(shù)的離心壓縮機(jī)，是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗能低，使用壽命長(zhǎng)，工作效率高。其可以滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行工作，因此目前被廣泛使用。

一、干氣密封的工作原理

干氣密封結(jié)構(gòu)主要由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈、彈簧座和軸套組成，想要加工出有特殊作用的流體動(dòng)壓槽，需旋轉(zhuǎn)環(huán)封面經(jīng)研磨、拋光處理。干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)在工作時(shí)，密封氣體進(jìn)入動(dòng)壓槽內(nèi)朝向密封堰流動(dòng)，進(jìn)入密封堰后，氣壓升高，在氣壓的推動(dòng)下，封面被推開(kāi)，密封氣體在密封面間形成氣模，其厚度大約在3μm左右。研究表明，氣流通過(guò)間隙時(shí)最穩(wěn)定，這也是干氣密封氣膜在厚度選擇上為2-3μm的原因。當(dāng)形成的各力與氣膜反力相等時(shí)，氣膜厚度最為穩(wěn)定。

正常情況下，彈簧力和介質(zhì)力的總和等于氣膜反力。工作過(guò)程中，受到外力干擾時(shí)，氣膜厚度會(huì)減少，此時(shí)氣膜反力會(huì)增大，開(kāi)啟力大于閉合力，迫使間隙增大，數(shù)值恢復(fù)正常。若氣膜厚度增大，則反膜力減小，閉合力大于開(kāi)啟力，數(shù)值仍會(huì)恢復(fù)正常。因此，只要在數(shù)值范圍內(nèi)，外部干擾消失，氣膜厚度就會(huì)恢復(fù)到原始的設(shè)計(jì)值內(nèi)。

檢驗(yàn)密封穩(wěn)定性的指標(biāo)為氣模剛度的大小。氣膜剛度的大小是由氣模作用力的變化與氣膜厚度變化值的比決定的。剛度越大，則證明密封的抗干擾能力越強(qiáng)，氣膜的剛度是干性密封設(shè)計(jì)的重點(diǎn)目標(biāo)。干氣密封設(shè)計(jì)是一種非接觸端部的密封，是由機(jī)械密封和氣體密封相結(jié)合所完成的。干氣密封壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，在動(dòng)環(huán)上有一個(gè)密封槽，動(dòng)靜環(huán)開(kāi)始高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，端面間會(huì)形成氣膜，氣體泵產(chǎn)生的推力將動(dòng)靜環(huán)推開(kāi)，兩密封端面不接觸，完成非接觸端部密封。運(yùn)行中需要注意，壓縮機(jī)剛開(kāi)始工作時(shí)，轉(zhuǎn)速低，形成的動(dòng)壓力較低。但動(dòng)靜環(huán)是通過(guò)接觸摩擦的，因此選用干氣密封的壓縮機(jī)進(jìn)行工作時(shí)，要合理控制低速運(yùn)行時(shí)間，時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。

關(guān)于雙向串聯(lián)干氣密封的特點(diǎn)：密封槽為T(mén)型，采用T形槽可減少壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的正反轉(zhuǎn)造成密封的損壞。干氣密封采用差壓控制，使平衡器與密封器間保持一定的壓差，最終采用自力式調(diào)節(jié)閥使壓力保持恒定。設(shè)備裝置在開(kāi)始和暫停時(shí)，壓縮機(jī)出入口壓力是相等的，需啟動(dòng)增壓泵，確保密封氣壓力高于平衡管壓力，密封氣密封室壓力高于一級(jí)排氣壓0.03MPa以上，級(jí)間密封高于二級(jí)排氣壓0.03MPa以上。

干氣密封是目前最佳的密封方案，其密封式的優(yōu)點(diǎn)為：（1）可節(jié)省密封油的使用，干氣密封無(wú)須密封油系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置，降低設(shè)備運(yùn)行的負(fù)載，減少了油品的使用，節(jié)約成本;（2）避免了潤(rùn)滑油污染的問(wèn)題，確保生產(chǎn)的清潔性;（3）干氣密封的驅(qū)動(dòng)功率較低，節(jié)約電能;維護(hù)成本低，工作中適應(yīng)能力強(qiáng)，系統(tǒng)運(yùn)行高效可靠，運(yùn)行使用壽命長(zhǎng)。

由于結(jié)構(gòu)上的要求，氣體密封應(yīng)防止主環(huán)和配環(huán)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中接觸，導(dǎo)致摩擦生熱。當(dāng)軸承不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)泄漏量應(yīng)為零。在安裝過(guò)程中，保持接觸面達(dá)到要求，主環(huán)與配對(duì)環(huán)在加工和安裝的過(guò)程中需進(jìn)行精密處理和安裝。

二、影響性能的主要參數(shù)及應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

（一）端面結(jié)構(gòu)參數(shù)影響氣膜剛度

動(dòng)壓槽形狀影響氣模剛度。根據(jù)流體動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，任何形狀的溝槽在干氣密封端面都會(huì)產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng)。根據(jù)研究表明，螺旋式的槽形所產(chǎn)生的流體動(dòng)壓效應(yīng)最強(qiáng)，因此采用螺旋槽作為干氣密封動(dòng)壓槽，其氣膜剛度最大，干氣密封穩(wěn)定性最高。

動(dòng)壓槽深度影響氣模剛度。研究表明，動(dòng)壓槽深度與氣膜厚度為同一級(jí)時(shí)，氣模剛度最大。實(shí)際操作中，動(dòng)壓槽深度一般控制在3-10μm。在其他參數(shù)確定后，動(dòng)壓槽深度有其確定的最佳值。

動(dòng)壓槽數(shù)量、動(dòng)壓槽寬度和動(dòng)壓槽長(zhǎng)度都會(huì)對(duì)氣膜剛度造成影響。動(dòng)壓槽數(shù)量趨于無(wú)限時(shí)，氣模剛度最大，動(dòng)壓效應(yīng)最強(qiáng)。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)動(dòng)壓槽到達(dá)一定數(shù)量時(shí)，對(duì)干氣密封性的影響較小，無(wú)需再進(jìn)行增加。

（二）操作參數(shù)的影響

密封直徑、運(yùn)行轉(zhuǎn)速等參數(shù)會(huì)對(duì)密封泄漏量造成影響。密封直徑與轉(zhuǎn)速成正比，密封直徑越大，轉(zhuǎn)速越高，會(huì)造成密封環(huán)線(xiàn)速度增大，氣體泄漏量增多。

密封介質(zhì)的壓力對(duì)密封泄漏量造成影響。氣體壓力越大，在一定的工作間隙條件下，氣體泄漏量越高。

溫度、黏度對(duì)泄漏量有一定的影響。溫度影響介質(zhì)的黏度，進(jìn)而影響密封泄漏量。介質(zhì)的黏度增加導(dǎo)致氣模厚度增加，流經(jīng)密封端面的間隙阻力增加，影響密封的泄漏量。

基于上述因素，為了保證干氣密封技術(shù)在離心壓縮機(jī)中更好地被應(yīng)用，需控制干氣密封系統(tǒng)。控制流程主要分為主密封器控制、輔助密封器控制和隔離密封控制。主密封器控制流程，密封器從壓縮機(jī)口出來(lái)后，首先經(jīng)過(guò)除霧處理然后進(jìn)入過(guò)濾器。如此時(shí)的壓力差小于0.345MPa時(shí)，增壓泵自動(dòng)開(kāi)啟對(duì)密封器進(jìn)行增壓處理。提壓后的密封器開(kāi)始進(jìn)行氣液分離，通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入密封器調(diào)節(jié)閥。當(dāng)調(diào)節(jié)閥內(nèi)氣流量達(dá)到1614-5663NL/min時(shí)密封器進(jìn)入一級(jí)封腔。此時(shí)泄漏氣經(jīng)一級(jí)密封氣泄漏線(xiàn)和孔板被排入火炬。輔助密封器控制流程，氮?dú)饨?jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后，級(jí)間密封器經(jīng)調(diào)節(jié)閥將流量控制在65-100NL/min后分兩路通過(guò)流量孔板進(jìn)入級(jí)間密封氣體和密封腔，最終經(jīng)二級(jí)泄漏線(xiàn)進(jìn)入火炬。隔離密封控制流程為，隔離氮?dú)膺M(jìn)入過(guò)濾器精濾后，隔離氣體經(jīng)調(diào)節(jié)閥，控制調(diào)量為110-174NL/min，徑流量孔板進(jìn)入隔離氣密封腔，進(jìn)而隔離潤(rùn)滑油。

（三）應(yīng)用過(guò)程中的注意事項(xiàng)

在安裝密封系統(tǒng)時(shí)，需保持管線(xiàn)、梯形槽的清潔。嚴(yán)格控制密封介質(zhì)的潔凈度和溫度，密封氣和隔離氣的供應(yīng)要先于潤(rùn)滑油，避免潤(rùn)滑油對(duì)氣體造成污染，這種狀態(tài)下極易造成封面的污染和封面的損壞。盡管干氣密封本身的可靠程度較高，但還需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，避免出現(xiàn)假信號(hào)引起連鎖的錯(cuò)誤動(dòng)作。在運(yùn)行過(guò)程中要密切關(guān)注相關(guān)參數(shù)的變化，從中發(fā)現(xiàn)干氣密封運(yùn)行的情況變化，必要時(shí)可調(diào)節(jié)干氣密封的針型閥調(diào)整排氣壓力。正常情況下，干氣密封泄漏量較小基本為總體量的1/5-1/8，但流量測(cè)量?jī)x是按照失效流量進(jìn)行設(shè)計(jì)和選型，會(huì)造成極大的誤差。

密封器密封室的壓力至少要高于一級(jí)排氣壓力的0.03MP，高于級(jí)間排氣壓力0.03MP。在開(kāi)機(jī)前，必須先停潤(rùn)滑油后停干氣密封，停機(jī)時(shí)密封腔的降壓速度不得超過(guò)0.5MP/min。開(kāi)機(jī)過(guò)程中，低轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，保持恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，在調(diào)轉(zhuǎn)速度的過(guò)程中盡可能地緩慢操作，避免因波動(dòng)較大，產(chǎn)生不良影響。

運(yùn)行過(guò)程中需要控制的參數(shù)為：差壓變壓器的壓力報(bào)警值設(shè)定為0.138MPa，差壓變大時(shí)，及時(shí)更換濾芯。增壓泵漏氣壓力報(bào)警值設(shè)定為大于0.1MPa，當(dāng)大于0.14MPa時(shí)停止增壓泵運(yùn)行。主密封器的流量表報(bào)警值設(shè)置為大于5663L/min時(shí)高報(bào)警，小于1614L/min時(shí)低報(bào)警，報(bào)警后需對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。級(jí)間密封的壓力報(bào)警值為大于0.0655MPa時(shí)為高報(bào)警，小于0.0193MPa時(shí)為低報(bào)警。

為了防止上述現(xiàn)象的發(fā)生和警報(bào)器報(bào)警，應(yīng)對(duì)幾個(gè)方面進(jìn)行整改工作。將增壓泵的驅(qū)動(dòng)氣源改為氮?dú)?，以保證氣源的清潔和穩(wěn)定。對(duì)所有輔助系統(tǒng)都增加電伴熱線(xiàn)，防止損壞密封。完善密封放氣系統(tǒng)，將氣體直接排向大氣。

結(jié)論：綜上所述，端面結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)都會(huì)對(duì)氣膜剛度造成影響。在運(yùn)行過(guò)程中，嚴(yán)格參考運(yùn)行時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行操作，增強(qiáng)可靠性，降低消耗，延長(zhǎng)其使用壽命。采取干氣密封的方式替代傳統(tǒng)方式，保持作業(yè)的穩(wěn)定，提升運(yùn)行效率。

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