FLOWSERVE干气密封PDF

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。

干气密封原理简单介绍由于离心式压缩机的转子和定子一个高速旋转而另一个固定不动，两部分之间必定具有一定的间隙，因此就一定会有气体在机器内由一个部位泄漏到另一个部位，同时还向机器外部进行泄漏。

为了减少或防止气体的这些泄漏，需要采用密封装置。

防止机器内部流通部分各空腔之间泄漏的密封称内部密封，防止或减少气体由机器向外部泄漏或由外部向机器内部泄漏（在机器内部气体压力低于外部气压时）的密封，称外部密封或轴端密封。

内部密封如轮盖、定距套和平衡盘上的密封，一般做成迷宫型。

对于外部密封来说，如果压缩的气体有毒或易燃易爆，如天然气、甲烷、丙烷、石油气、氢气等，不允许漏至机外，必须采用液体密封、机械接触式密封、抽气密封或充气密封等；当压缩的气体无毒，如空气、氮气等，允许少量气体泄漏，也可以采用迷宫型密封。

离心式压缩机常用的密封有迷宫型密封、浮环油膜密封、机械接触式密封和干气密封等。

干气密封是一种新型的非接触轴封，于20世纪70年代中期由美国的约翰●克兰密封公司研制开发，最早应用于离心式压缩机上。

与其他密封相比，干气密封具有泄漏量少、摩擦磨损小、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。

此外，干气密封可以实现密封介质的零逸出，从而避免对环境和工艺产品的污染；密封稳定性和可靠性明显提高；密封辅助系统大大简化；运行维护费用显著下降。

在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和机械密封。

涩宁兰压气站的RV040/02或者RV050/04压缩机采用的是flowserve公司的干气密封。

此干气密封为集装式，在制造厂预装并完成压力试验后发货。

它是由两组串联配置的密封（即两个动环、两个弹簧加载的静环组件、腔体、轴套等零件依次排列构成）和内部迷宫密封组成。

在大气侧配置了隔离密封。

在串联密封中，工艺气侧的主密封承受全部的密封作用。

大气侧的密封作为安全备用密封（二次密封）。

一旦主密封失效则安全密封承担起主密封的作用，可以保证压缩机安全停机。

美国Flowserve公司的GASPAC984带中间迷宫密封的串联式干气密封操作规程（1）干气密封原理简述循环氢压缩机两端的轴封采用Flowerserve公司的GASPAC型干气密封，专门用于密封离心压缩机内的气体，该类型干气密封为集装式，在制造厂预装并完成压力试验后发货。

干气密封是一种新型的非接触式轴封，是60年代末期从气体润滑轴承的基础上发展起来的，其中以螺旋槽密封最为典型。

实践表明，干气密封在很多方面都优于普通接触式机械密封，由于干气密封属于非接触式密封，它的寿命比普通机械密封长许多倍。

干气密封的出现改变了传统的密封观念，“用气封液或气封气”的新观念替代了传统的“液封气或液封液”观念，可保证任何被密封介质对大气的零泄漏。

它是由两组串联配置的串级密封（即两个动环、两个弹簧加载的静环组件、腔体、轴套等零件依次排列组成）和内部迷宫密封组成，在大气侧配置了隔离密封。

弹簧力和工艺气体压力的共同作用产生密封功能，密封环和保持环间的密封元件（O形圈）起副密封的作用。

在串级密封中，工艺气侧的一级密封起主密封作用，并承受全部的压差，一级密封的运行是在工艺气介质中。

大气侧的二级密封起备用安全的作用，由于在较低的压差下工作，且始终处于非接触状态，没有任何磨损，在一级密封损坏前始终处于理想的运转状态，可以起到良好的备用作用，一旦主密封失效，备用安全密封承担起主密封的作用。

GASPAC型干气密封在动环和静环配合表面处的气体径向密封有其独特的专有技术，其配合表面的平面度和粗糙度很高，动环组件配合表面有一系列浅槽，正是依靠这些浅槽使干气密封能够在运转时产生流体动压，在流体动压效应的作用下使得密封面分开，由于这些浅槽是完全对称的T型槽，从而确保了干气密封能够完全双向旋转，在设计上避免了压缩机倒转引起干气密封损坏的可能性。

（2）密封设计基础数据1）压缩机参数：2）现场环境及公共条件：（3）干气密封选型1）干气密封型号根据机组数据和现场条件，干气密封选用GASPAC984型带中间迷宫密封的两级串联式干气密封,隔离密封为非接触式碳环密封。

GASPAC® Model L干气密封安装、运行、维护说明书内部资料不得外传本说明书是专门为经过培训、有经验的技术人员编写的，他们熟悉本说明书中列举的基本原则和工具的使用，管理和维修过机械密封及压缩机。

装卸或者启动之前仔细阅读并且遵守本说明书以及安全方面的信息运行范围以及使用条件FLOWSERVE公司的GASPAC L型干气密封专门用于密封压缩机内的气体，不遵守规定的运行条件的任何情况都是不允许的。

由于不允许的运行所产生的任何损害，制造商不承担责任、风险完全由使用者承担。

FLOWSERVESHANGHAI LTD.福斯（上海）流体设备有限公司1.0 简介、技术参数1.1GASPAC®―L型干气密封为集装式，在制造厂预装并完成压力试验后发货。

它是由两组串联配置的密封（即两个动环、两个弹簧加载的静环组件、腔体、轴套等零件依次排列组成）和内部迷宫密封组成。

在大气侧配置了隔离密封。

1.2弹簧力和工艺气压力的共同作用产生密封功能，密封环和保持环间的密封元件（O形圈）起副密封的作用。

1.3在串联密封中，工艺气侧的主密封(MS)承受全部压差起主要的密封作用。

大气侧的密封作为安全备用密封（SS）.一旦主密封失效则安全密封承担起主密封的作用，可以保证压缩机安全停机。

1.4GASPAC― L型干气密封为双向旋转设计1.5操作条件（重要）GASPAC 干气密封必须满足以下条件：◆密封端面清洁干燥◆保证密封端面和轴的垂直度◆弹簧加载后的旋转部件（1，11）和密封件（2，12）移动自如无卡滞◆避免物料沉积在密封腔体表面、轴和轴套上无物料结晶、聚合等情况◆工艺气侧和大气侧的密封端面形成良好的气膜如果这些操作条件不能满足，可能造成泄漏量增加和工艺介质漏到大气。

2.0 安全注意事项2.1 GASPAC®干气密封经过了严格的试验和检验，由制造精度高、质量优良的陶瓷和高合金的金属材料组成。

为了获得预期的性能，操作者应保证满足最低的操作条件。

干气密封即“干运转气体密封”（Dry Running gas seals）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。

其作用原理：当端面外侧开设有流体动压槽（2.5～10µm）的动环旋转时，流体动压槽把外径侧（称之为上游侧）的高压隔离气体泵入密封端面之间，由外径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至内径处气膜压力逐渐下降，因端面膜压增加使所形成的开启力大于作用在密封环上的闭合力，在摩擦副之间形成很薄的一层气膜（1～3µm）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。

操作的注意事项：]①干气密封元件加工精度高，因此要求密封气体是清洁的，最大颗粒尺寸为5μm②防止密封面上带油或其它液体③单向的干气密封要严禁倒转，否则将干气密封失效甚至损坏，密封气的流量是干气密封运行工况好坏的晴雨表，流量稳定则说明干气密封运行情况良好。

干气密封运行时如出现密封N2气流量渐渐增大，说明干气密封的工作元件出现了问题，这时要引起重视，具体情况具体分析.另外：安装单向干气密封时,一定要注意盘车的方向要与密封环旋转方向相同，而安装双向干气密封是就没有这样的要求。

干气密封是一种新型的无接触轴封，由它来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上，也还用在轴流式压缩机、齿轮传动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元件，随着压缩机技术的发展，干气密封正逐步取代浮环密封、迷宫密封和油润滑密封。

干气密封动环端面开有气体槽，气体槽深度仅有几微米，端面间必须有洁净的气体，以保证在两个端面之间形成一个稳定的气膜使密封端面完全分离。

GAS SEALS 干气密封干气密封安装TO PRIMARY RINGT-groove face design, and can operate in clockwise and counter clockwise rotationT型凹槽面的设计，可以顺时针也可以逆时针旋转运行8This design features provides improved hydrostatic lift, resulting in low torque at start up这种设计特色能提供改进过的流体静力提升力，可以在试车时低扭矩The circumferential groove next to the sealing dam ensures uniform pressure distribution密封坝旁的圆周槽能确保压力均等分布The vertical projection of the 3D pressure profile shows isobar curvesLift-off Effect (Flowserve) 提升效应（Flowserve ）High pressure area 高压区域Face rotation 密封面旋转方向11•© 2007 by Dresser-RandForces Acting on the Face施加在面上的力Bottom of groove Diam .Balance Diam .S1Ff FsOF= k(rpm, press, groove geometry, gap)开启力=动环旋转产生的流体动压 Face rotation （与转速、压力、槽型、间隙有关）CF= Pinx S1 + Fspring - Ffriction闭合力=静环压力差+弹簧力-摩擦力Face rotation12•© 2007 by Dresser-RandGas Seal Arrangements干气密封布局Single Seal单级密封Tandem Cartridge串联密封Double Arrangement双重布局13•© 2007 by Dresser-RandTandem Cartridge串联密封The Tandem Cartridge is the most popular arrangement 串联密封是最普遍的布局14•© 2007 by Dresser-RandTandem Arrangement (D-R)串联布局 (D-R)Clean gas To flare To vent Separation gas (Air or N2)干净气体到火炬放空 隔离气（空气或氮气）To processBearing vent到工艺系统轴承放空INBOARD 内侧OUTBOARD 外侧 15•© 2007 by Dresser-RandTandem Arrangement (J.C. T 28AT)串联布局（J.C. T 28AT）SPEED:PRESSURE:GASES:SERVICE:16•© 2007 by Dresser-RandTandem With Intermediate Labyrinth (DR)带中间迷宫密封的串联布局Clean To gas flare 干净 通往 火炬 气体 Inert gas 惰性 气体 To vent Separation gas (Air or N2) 隔离气（空气或氮气） 通往 放空To process 到工艺气Bearing vent 轴承放空INBOARD 内侧OUTBOARD 外侧 17•© 2007 by Dresser-RandDouble Arrangement双重布局Inert gasRef. Pressure参照压力惰性气体To vent Separation gas (Air or N2) 到放空 隔离气（空气或氮气）To process 到工艺气Bearing vent 轴承放空INBOARD 内侧OUTBOARD 外侧 18•© 2007 by Dresser-RandSealing Pressure – Straight Thru密封压力 – 直通结构Seal Balance Line密封平衡管线P1 P3 SG P1 P5 P7 P9 SGP1SG = Seal Gas Supply密封气供给压力 SG > P119•© 2007 by Dresser-RandSealing Pressure – Back to Back密封压力 – 背靠背P1 P5 SGD WallP9 SGP1P5SGD WallP1P5P120•© 2007 by Dresser-Rand密封面可能分离，而且密封面保持打开Stationary Seat 静环«L»SleeveL型轴套Barrier Seal -John Crane T 82隔离密封–约翰克兰T82推力片轴向弹簧环状螺旋弹簧碳环38隔离密封气Spring Energized弹簧预紧Segmented Carbon Ring分段式碳环DR干气密封安装特点DR干气密安装特点Remove Seals From Storage Boxes从箱子里取出干气密封Exercise Internal O-Rings -See Manual检查内径的O型圈–详见手册48Install All New External O-RingsLubricate O-rings安装所有的新外径O型圈，润滑O型圈Check for Proper Rotation & Compressor End检查转向&压缩机端部49这把叶轮轴向地放入内件J-M. GASPAR50。

循环氢压缩机组干气密封失效分析2中密控股股份有限公司，四川成都610045摘要：根据润滑油高压加氢循环氢压缩机干气密封运行状况，分析了干气密封的泄漏原因，提出了高压干气密封国产化改造和控制系统的改进方案，实施后取得了良好的效果。

关键词：干气密封；失效；螺旋槽；气膜刚度2019年10月11日，我公司55万吨／年润滑油高压加氢装置循环氢压缩机K102非驱动端干气密封一级密封泄漏气流量与压力突然上升，机组二取二连锁停机，现场对机组非驱动端二级密封气进气流量进行调节，一级密封泄漏气流量与压力均下降，达到开机条件后再次开机，机组运行正常，但非驱动端干气密封一级密封泄漏气流量压力存在波动，10月13日，非驱动端干气密封一级密封泄漏气流量与压力再次上升，机组连锁停机。

1、压缩机干气密封简介1.1干气密封技术参数及特点循环氢压缩机K-102的干气密封采用美国 FLOWSERVE公司成套配置的GASPAC L型中间带迷宫密封串联式干气密封[1]，轴径100mm，动态设计压力20.0MPaG，设计温度80℃。

FLOWSERVE GASPAC L型干气密封的摩擦副采用无压烧结碳化硅，静环采用无压烧结碳化硅表面喷涂特金刚石，摩擦副表面硬度高、弹性模量大，密封环在高压环境中变形小，干气密封槽型选用双向T型槽，泄漏量小。

但干气密封对密封气体的品质要求很高，任何液体和固体颗粒进入密封面都会造成密封面的磨损，局部过热和高温就可能会引起密封破裂[2]。

1.2 主要工作流程循环氢压缩机K102干气密封的工作流程示意见图1。

循环氢压缩机干气密封一级密封采用压缩机出口循环氢线引出的工艺气，通过保温伴热，进入干气密封控制系统，再经过聚结器除湿脱液、过滤器过滤、调节阀、流量计等环节后，从控制系统分两路通过保温伴热分别进入驱动端和非驱动端干气密封。

大部分一级密封气经梳齿密封进入压缩机内，少部分一级密封气由密封端面泄漏形成一级密封泄漏气，再经压差流量计和单向阀排入火炬。