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离心式压缩机干气密封典型故障【案例背景】干气密封是20世纪60年代末在气体润滑轴承基础上发展起来的一种新型产品。
1968年约翰克兰公司最先研制出圆弧面螺旋槽非接触式机械密封,随后几年内研制出平面螺旋槽非接触式气体端面密封,并在得到实际应用。
80年代后期约翰克兰公司开始研制双向转动干气密封。
国内干气密封研制起步较晚,在1996年底,才有天津鼎铭密封公司研制的第一套国产干气密封应用成功。
随着石油化工行业的不断发展,离心式压缩机组作为行业内的核心设备,对轴封的使用要求也越来越严格,干气密封作为目前最先进的密封形式,得到了广泛的应用。
伴随着应用范围的逐渐增大,干气密封在使用过程中的故障频率也在不断增加,因此对干气密封在使用过程中出现的故障进行准确的判断分析并采取有效的处理方法,防止故障的发生,显得更加重要。
【案例描述】一、干气密封技术基本结构原理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 暠形圈、静密封、弹簧和弹簧座等零部件。
静环位于不锈钢弹簧座内,用副密封“O暠形圈密封。
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,如图1所示。
要求动环组件和静环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,如图2所示。
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,从而加大了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3μm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,起到密封作用。
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。
干气密封的选用及失效分析文章介绍干气密封的结构及工作原理，分析干气密封的排列方式及使用条件，给出干气密封的选用原则；分析干气密封失效的原因并给出相应的防范措施。
干气密封的选用主要根据要密封的介质的组分、压力、温度以及压缩机转速等条件。
导致干气密封失效的原因主要有设计不合理、密封气质量差、密封控制系统故障等。
标签：干气密封；选用原则；失效分析1 引言干气密封是一种新型的非接触式机械密封，用于密封旋转机器中的气体或液体介质。
与其它密封相比，干气密封具有泄漏量少，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。
因此，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封。
干气密封使用的可靠性和经济性已经被许多工程应用实例所证实。
目前，干气密封主要用在离心式压缩机、轴流式压缩机、螺杆压缩机和透平膨胀机上。
干气密封已经成为压缩机正常运转和操作可靠的重要部件。
本文主要叙述压缩机干气密封机构特点、原理、选用原则及密封失效分析。
2 干气密封基本结构3 干气密封工作原理干气密封即Dry gas seal，是将流体润滑理论用于气体密封的一种新型轴端密封。
其作用原理：当端面外侧开设有流体动压槽（2.5～10？滋m）的动环旋转时，流体动压槽把外径侧（称之为上游侧）的高压气体泵入密封端面之间，由外径至内径处气膜压力逐渐增加，当端面膜压增加所形成的开启力大于或等于作用在密封环上的闭合力时，便在摩擦副之间形成很薄的一层气膜（2～5？滋m）从而使密封工作在非接触状态下。
所形成的气膜完全阻塞了相对低压的密封介质泄漏通道，实现了密封介质的零泄漏或零逸出。
4 干气密封的选用4.1 基本结构形式及适用条件4.1.1 单端面密封结构如图3，其结构是安装在旋转轴上的动环与安装在机壳内的静环组成一对摩擦副，与普通的机械密封结构相近，在静环的背面有弹簧的推力，压缩机静止时使得动静环始终保持接触，但是，在动环摩擦面上加工有气体润滑槽，当压缩机旋转时带动动环旋转，在气体润滑槽内气体压力升高的作用下，推开静环，在动静环之间形成稳定的气膜。
2011年4月第36卷第4期润滑与密封L UBR I CAT I ON ENG I NEER I NGA pr 2011V ol 36N o 4DO I :10 3969/j issn 0254-0150 2011 04 028收稿日期:2010-11-09作者简介:姚新华(1973 ),工程师,现从事海洋石油设备维修管理.E ma i :l xhyao @actog co m.干气密封的选用及失效分析姚新华 何耀辉(中海油南海东部石油管理局惠州油田 广东深圳518067)摘要:介绍干气密封的结构及工作原理;基于干气密封的结构类型及使用条件,给出干气密封的选用原则;分析干气密封失效的原因并给出相应的防范措施。
干气密封要根据被输送介质的特性、介质的温度和压力范围、干气密封使用环境及密封系统转速等选用。
导致干气密封失效主要原因有设计不合理、密封气源质量差、控制系统的故障等,在设计和使用时必须加以注意。
关键词:干气密封;非接触密封;失效分析中图分类号:TH 136 文献标识码:B 文章编号:0254-0150(2011)4-116-3The Choice and Fail ure Anal ysis of Dry Gas SealYao X i n hua He Yaohui(CNOOC South China O il Adm inistrative Bureau Hu izhou O il F i eld ,Shenzhe n Gua ngdong 518067,Ch i na)Abstract :T he structure and pri nc i ple o f dry gas seal were i ntroduced ,t he select i ng pri nciple w as g i ven based on thestr ucture type of dr y gas sea,l the fail ure causeswere ana l yze d and t he correspondi ng prevent i vem easuresw ere prese nted .T he cho i ce of dr y gas seal is based on the characteri st ics of trans m issionm edi um,the te mperature and pressure ofm edi um,the wor k i ng condit i ons of dry gas seal and the speed of seal syste m.The causes of dry gas seal fa ilure are because of t he ir rati onal design o f seal structure ,the poor seal gas quality and the fail ure of control syste m,wh ic h should be taken into ac count in the desi gn and use of dry gas sea.lK eywords :dr y gas sea;l nonc ontact sea;l fa ilure analysis干气密封即 干运转气体密封 (D r y runni ng gasseals)是将开槽密封技术用于气体密封的一种新型轴端密封,属于非接触密封。
离心式压缩机干气密封故障分析及处理摘要：离心压缩机是石化行业的核心设备，在石化行业占有非常重要的地位。
日常生产过程中一旦离心压缩机出现异常或故障，将会对企业的生产经营造成巨大的冲击，为保证离心压缩机的平稳运行，需对其常见振动故障进行分析，并采取针对性措施加以解决。
为更好地保障离心氨压缩机的安全稳定运行，本文探讨了离心式压缩机干气密封故障的分析策略与具体的处理途径，希望可以进一步提升离心式压缩机干气密封处理效果，为更好地发挥设备经济效益创造条件。
关键词：离心式压缩机；干气密封；故障；处理引言离心式压缩机干气密封是一种借助于流体动力学基本原理来实现气体密封处理的技术类型，被广泛的应用于现代工业生产活动当中。
相比于传统的机械密封模式而言，其具有许多领域的优势与价值，包括可以实现非接触式密封，能够有效降低磨损与功率消耗，同时也有助于提升运行的平稳度，满足高速、高压生产设备的实际需求。
但是，由于其对于人员的技术操作以及养护管理具有较高的要求，所以在实际使用过程中如果操作不到位，很容易出现离心式压缩机干气密封故障问题，影响经济效益的实现，本文就离心式压缩机干气密封的故障处理说明如下。
1离心式压缩机的结构组成和原理处理离心压缩机的振动故障必须精通其结构和原理，各个部件之间的配合关系和相互作用。
（1）离心压缩机主要由转子和定子两部分组成。
转子部分包括主轴、顺序排列安装轴上的多个叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴器等零部件。
定子部分包括壳体、梳齿密封、级间汽封、两侧的干气密封、隔板、蜗壳等部件。
两端的干气密封防止壳体的介质泄漏到大气中，转子与定子之间的梳齿密封包括平衡盘密封和级间密封，级间密封主要作用是保证级与级之间的密封性，平衡盘密封性能直接决定了转子的轴向力大小。
（2）离心压缩机工作原理。
工作状态下离心压缩机转子高速旋转，叶轮对介质作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体的压力能。
干气密封失效原因分析与有效性措施摘要：随着我国经济、科技的快速发展，逐渐开展以西气东输为核心的高频干气传输形式，解决压缩机组内干气密封失效问题，降低维修费用，提高经济效益，结合干气密封结构和工作原理为出发点来探究管道干气密封应用效果，分析失效原因，解决失效漏洞。
结合干气密封设计原理、运输储存形式和安装拆卸维护技术等方面，提高干气密封性的针对性和可靠性，为后续压缩机干气密封使用提供借鉴与参考意义。
关键词：干气密封、有效性措施、失效分析引言现阶段，干气密封压缩机主要有弹簧座袖和衬套这两部分所构成，以密封的旋转元件制造而成的密封面，在绝大部分工艺进气装置中损耗较低，少部分气体可被吸入螺旋装置后在螺旋槽根部产生密封节流作用。
在气体压力的作用下，密封面被推开可以形成具有一定厚度的气膜，在气膜之间合力和反弹作用力的支持下，保持一定的密封间隙，维持干气密封的可行性和可靠性。
干气密封装置的配置形式有很多，主要以单级密封、双级密封和串联密封这三种所构成，为有效避免工艺泄露问题，阻挡干气渗出，可以以密封串联的形式来单独增加密封口，直接在上方设置放空口后增加迷宫密封装置，即可阻挡干气泄漏，也可限制工艺气体泄漏，相当于在原有密封装置的基础之上加装密封盒，起到封闭保障作用，也可以将工艺气体与干气分隔开。
一、干气密封失效原因(一)杂质干气密封失效的主要原因是由于杂质的存在所导致的，当杂质在存在于环与主环之间的凹槽处时，相当于外界异物，如固体或液体直接进入狭窄的螺旋槽内，致使内部槽间的密封部件过热，压力升高，存在机械密封失效的问题。
其次，这些杂质的主要来源于工业气体、轴承、润滑油。
工业气体的内侧或高压侧，由于压力供给不足，发生内侧泄漏现象，直接接触密封层工业气体内的杂质，相当于破坏了干气密封装置，而轴承润滑油的外侧或低压侧由于密封不严，润滑油直接通过接触部位渗透入干气密封区域内缓冲装置中。
通常在除了空气或氮气外，还会存在轴承润滑油，可向内渗入油污，当密封器存在密封不严密、自身带有杂质时，需要通过干燥并过滤后避免较大颗粒进入干气，以聚合性过滤的形式来保证清除大量液体微粒，防止凝析发生。
50机械装备Mechanized Equipment2017年1月下
干气密封的选型及故障分析
杨 洋，赵 帅，孟凡禹
（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）
摘要：离心压缩机的泄漏是影响压缩机性能的重要因素，因此压缩机密封设计非常重要。
压缩机密封的选择要根据压缩机的介质、温度和压力等因素来考虑。
被压缩介质为有害、不安全介质时，应选用安全可靠的干气密封。
基于此，文章阐述干气密封的原理，介绍干气密封的选型，对干气密封运行中出现的故障进行分析。
关键词：干气密封；选型；故障分析
中图分类号：TH136 文献标志码：A文章编号：1672-3872（2017）02-0050-01
1 干气密封的原理
典型的干气密封包含了静环、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。
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轴上的旋转环（动环组件）配合。
随着旋转环转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，并在动、静环配合面间形成气膜，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3μm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。
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。
2 干气密封的选型
干气密封可分为单端面干气密封、双端面干气密封、串联式干气密封三种。
当工艺气压力低并无毒害时，一般选用单端面密封。
此密封一般应用于氮气、空气、二氧化碳等压缩机中。
此种密封允许工艺气体轻量泄露。
当工艺气有毒害时，不允许气体泄漏；且工艺气压力为中低压时，一般选用双端面密封。
此种密封一般用在富气、氯气、混合冷剂等压缩机中。
当工艺气有毒且压力高，或者工艺气易燃易爆时选用串联式干气密封。
此种密封一般用在氢气、氨气、天然气等压缩机中。
选用时，需根据用户使用场所及条件等因素决定，必须保证无安全隐患。
3 干气密封常见故障分析处理
干气密封常见故障有：一级放空差压或放空量增大、二级放空差压或放空量增大、一级放空导淋有油或其他液体排出、二级放空导淋有油或其他液体排出。
1）一级放空差压或放空量增大。
①一、二级级间梳齿磨损，导致二级缓冲气更多的通往一级放空。
判断此问题时，可在机组停机状态下短时间中断二级密封气源，看一级放空差压变化情况；②静环座后端O型圈有卡涩现象，可通过憋压法（一级放空处有一憋压阀门）瞬间憋压解决，不需更换干气密封；
③一级密封动静环磨损严重或损坏，必须更换干气密封。
2）二级放空差压或放空量增大。
①隔离气密封效果变差，需对隔离气密封进行检查处理。
如：隔离气密封组件碳环间隙变大、碳环有磨损或损坏等情况发生；②二级密封动静环磨损严重或损坏，造成二级密封气源大量从二级密封处泄漏。
这种情况和一级密封组件故障一样，需要更换此套干气密封。
3）一级放空导淋有油或其他液体排出。
若出现油及其他液体，说明二级密封组件有油存在，二级密封动静环因不能打开而损坏。
排出来的油也一定是从润滑油中串到二级密封内部，再从一级放空排出；部分油还会进入一级密封组件里，造成一级密封失效。
若有液体排出，可能是一级放空失效，导致工艺气（本身带液）从一级放空泄漏出来；也可能是二级缓冲气带液造成，需更换整套干气密封组件。
4）二级放空导淋有油或液体排出。
二级放空有油排出，最有可能的原因是隔离气隔离油的效果不好，随着油气带入二级放空。
若二级放空导淋有少量油排出是正常的，但量不能多，少量存油时间也不能太长，否则将会带入二级密封动静环之间，造成二级密封失效。
二级放空有液体排出，可能是二级密封气有带液现象，同时也可能是隔离气带液造成。
需更换整套干气密封组件，包括隔离气密封组件。
4 引起干起密封故障的原因
1）导致密封损坏原因：①开停车程序，进油或低转速摩擦；
②机组反转致动、静环干磨；③材质选取不适合机组工况的运行要求；④盘车转速过高导致密封损坏。
2）系统进油原因分析：①在启动油系统之前未通入隔离气；②机组突然停车，密封气及隔离气突然中断，油系统未及时停止；③全厂晃电，油系统和密封气系统均停止，但晃电过程中高位油箱的油还继续往机组提供润滑油，导致油进入密封系统；④隔离气密封组件密封效果变差或损坏，导致油进入干气密封系统。
3）系统带液原因分析：①氮气系统带液，仅可能发生在启动过程中，仅此时使用氮气作为密封气，正常开车过程不使用。
目前还未因氮气系统带液而出现问题；②停车过程中，机组密封气使用压缩机出口工艺气。
机组停车，压力降低，温度下降。
当温度下降至氨含量露点温度条件，产生液化现象，导致整个干气密封带液。
5 结束语
干气密封是一个容易损坏及失效的部件，为延长其使用寿命，在设计选型时需要求厂家选择正确材料；对用户需要其严格按照操作说明执行，工程条件符合其运行条件。
参考文献：
[1]莫才颂,林荣雄.应用干气密封解决炼油厂富气压缩机密封泄漏
的研究[J].流体机械,2010,38(5):48-51.
[2]贺威,陶冶,冯海林,等.干气密封系统遭受油污染的原因分析
及措施[J].风机技术,2011(5):78-79.
（收稿日期：2017-1-20）
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作者简介： 杨洋（1986-），男，湖北广水人，助理工程师，研究方向：离心压缩机的设计研究。
