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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。
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。
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。
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。
干气密封在机泵上的应用作者：马超来源：《中国科技博览》2014年第03期摘要：简述干气密封的工作原理及结构，分析干气密封的性能参数关键词干气密封；结构；工作原理；主要参数【分类号】：TQ051.2120世纪60年代末期，干气密封已发展起来，并成为一种全新的非接触式密封。
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性运行，实现密封的“零磨损”，保证设备的长周期安全运行，2012年5月重油催化二车间对28台高危泵进行改造，其中6台使用干气密封，即Plan11+72+75方案。
1、干气密封的工作原理干气密封与其它机械密封相比，干气密封在结构方面基本相同。
其主要区别在于，干气密封的一个密封环上面加工有均匀分布的浅槽，干气密封能在非接触状态下运行就是靠这些浅槽在运转时产生的流体动压效应使密封面分开。
干气密封端面的槽形主要分单旋向和双旋向两大类。
单旋向槽型只可使用于单向旋转的转动设备，在要求的旋向下才可产生开启力，如反转则产生负的开启力而可能导致密封的损坏。
但相对于双旋向的槽型，它可形成更大的开启力和气膜刚度，产生更高的稳定性而更可靠的防止端面接触。
故在很低的转速下和较大的振动下也可使用，在目前也是使用的最多。
四川日机密封件有限公司通过对干气密封各种槽型的反复试验，对比研究，最终确认在同样的工作参数下，以螺旋线设计的槽型具有最大的气膜刚度的同时仅有较小的泄漏量。
即具有最大的刚漏比。
下面主要介绍这种槽型。
图1所示是典型的干气密封螺旋槽端面的示意图。
密封面上加工有一定数量的螺旋槽，其深度小于15微米。
密封运转时，被密封气体周向吸入螺旋槽内，径向分量由外径朝中心（即低压侧）流动，而密封坝限制气体流向低压侧。
气体随着螺旋槽截面形状的变化被压缩，在槽根部形成局部的高压区，使端面分开几微米而形成一定厚度的气膜。
在此厚度气膜下，由气膜作用力形成的开启力与由弹簧力和介质作用力形成的闭合力达到平衡，于是密封实现非接触运转。
泵用干气密封技术简介作者：李雪怡来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第07期摘要：干气密封作为一种新型密封，其应用市场日益扩大，强劲不衰。
本文介绍了泵用干气密封的工作原理、结构特点、布置方式，并分析了失效原因，并就密封系统的运行维护进行了说明，希望给相关工作人士以借鉴。
关键词：干气密封;端面槽型;密封试验干气密封与传统的接触式机械密封相比，具有摩擦功耗低、使用寿命长工作可靠性高、辅助系统简单、没有环境勿扰、运行维护费用低等系列优点，是目前离心泵轴封型式中最先进的一种密封型式。
1 干气密封工作原理密封端面的外侧开有流体动压槽，密封运行时，端面外侧的阻封气被泵送至密封端面之间，形成气膜，气膜压力由外径向动压槽坝区逐渐增加，自坝区向端面内径逐渐降低，当气膜压力与密封端面闭合力平衡时，密封面间产生一道平衡间隙，使密封在非接触的状态下运行。
气膜阻塞了密封液体的泄漏通道，实现密封介质的零泄漏。
2 干气密封结构特点干气密封与普通机械密封相比，其结构特点为：密封面宽（包括槽区和坝区）、硬环（动环或静环）端面开槽，槽深为微米量级;与高速透平压缩机用干气密封相比，其结构特点为：转速低（动压效应小）;径向和轴向尺寸小（密封面窄，要求结构相对简单）。
3 端面槽型的选择干气密封的密封端面上的动压槽可以加工成各种槽型，分为单向槽和双向槽两种。
单向槽包括圆弧槽、螺旋槽、V型槽等，其优点是动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力强，缺点是不能反向旋转;双向槽包括枞树、U型槽、T型槽，其优点是备件少，可以长时间反转，缺点是较单向槽动压效应弱，气模刚度小，抗外界扰动能力差。
推荐优先采用单向槽，特殊情况选用双向槽。
4 干气密封布置方式干气密封布置方式主要有三种，分别为双端面外压式干气密封、串联式干气密封和双端面内压式干气密封。
4.1 双端面外压式干气密封布置的特点①在工艺介质和大气间引入较高压力的阻封气（比介质压力高2bar左右）。
