泵用干气密封技术特点及应用

年增刊56通用机械yjx 前沿技术Advanced Technology 一、前言随着石油、石化等工业向无污染、长周期、低能耗、高效益方向发展，要求离心泵的机械密封实现泵送介质的零泄漏、无污染、长寿命，并且运行维护费用低。

特别是石油、石化工业中泵送流体大多具有易燃、易爆、剧毒、污染严重等特点，普通的接触式机械密封是难以达到上述要求的，因此必须研究开发非接触、无磨损、低能耗的新型机械密封以满足石油、石化等企业生产的需要。

干气密封，即干运转、气体润滑、非接触式机械密封，是一种全新的密封概念，它采用“以气封气”或“以气封液”的思想来实现工艺介质的零逸出和零泄漏。

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、没有环境污染、运行维护费用低等一系列优点[1,3,4]。

该泵原密封为国外某著名公司的干气密封产品，结构为内压式双端面布置方式，结构如图1所示，2006年8月该密封损坏。

该泵的特点是轴径大、转速低。

约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司对该泵密封进行技术改造，采用外压式双端面干气密封结构一次性安装调试成功。

图1原密封结构图二、大尺寸泵用干气密封技术难点该泵安装密封处轴径为110mm ，而一般泵轴径为25～100mm ，因此一般的泵用干气密封的尺寸也在25大尺寸泵用干气密封数值模拟及工业应用约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司杨惠霞冯向忠作者简介杨惠霞，工学博士，副教授，主要从事高速大机组干气密封和中低速泵、釜干气密封的研究开发工作以及技术管理工作，发表论文二十多篇。

Ab s t ra c tThe performance of a large-size dry gas seal for centrifugal pumps is simulated with a comprehensive proprietary software considering FEM (nite element method),CFD (computation uid dynamics)and test experience.And its eld application is described.Furthermore,the comparison among test result,theoretically numerical simulation and eld application is introduced,which are quiteconsistent.2007www.t .ne t年增刊5通用机械yjx前沿技术Advanced～100mm之间，如约翰克兰公司的2800系列泵用干气密封的标准尺寸范围为25～100mm，轴径超过100m m的属非标密封，需进行特殊设计。

干气密封的特性及主要工作原理摘要介绍了干气密封的特点、结构及工作原理，分析了影响干气密封性能的主要参数。

关键词干气密封；结构及工作原理；主要参数中图分类号TH 文献标识码 A 文章编号1673-9671-(2012)051-0214-011 干气密封概述早在20世纪60年代末期，奠定在气体动压轴承应用的基础上，干气密封发展起来，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。

最初，采用干气密封形式，主要为了改善高速离心压缩机的轴封问题。

由于密封采取非接触性的运行方式，因此其密封的摩擦副材料基本不会受到PV值的任何影响，尤其在高压设备、高速设备中应用，具有良好前景。

随着我国密封技术的飞速发展，再加上干气密封的广泛应用，彻底解决了困扰高速离心压缩机运行中的轴封问题，密封使用寿命及性能都得到了很大提高，为机组稳定，长周期运行提供了保证，因此该技术的应用范围进一步扩大，凡使用机械密封的场合均可采用干气密封。

2 干气密封与机械密封性能比较机械密封是一种传统的密封型式，其特点是密封结构简单，技术成熟，加工精度要求不太高。

其缺点是泄漏率高，故障频发。

干气密封是目前最先进的一种非接触密封型式，与传统的机械密封形式相比较，采用干气密封技术，主要具备以下优势：1）采用干气密封技术，可有效提高密封的质量与使用时间，确保设备安全、可靠、稳定运行。

2）采用干气密封技术，能源消耗较小。

3）干气密封技术应用到的辅助系统较为可靠，操作简单，在使用过程中不需要任何维护手段。

4）采用干气密封技术，泄漏量较少，应用效果良好。

3 干气密封工作原理一般来讲，典型的干气密封技术，包含了静环、动环（旋转环）、副密封O 形圈、静密封、弹簧和弹簧座等。

静环位于弹簧座内，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动环（旋转环）配合，如图1所示。

这类密封与机械密封的区别在于，它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。

干气密封的原理及应用场合1. 干气密封的定义和基本原理干气密封是一种利用清洁干燥的气体（通常是氮气）在机械轴和密封部件之间形成一个气体屏障，以防止液体或气体泄漏的密封方法。

它主要利用气体压力高于液体或气体的压力，将气体或液体压缩在轴封附近的密封腔内，从而有效地防止泄漏。

干气密封的基本原理是通过气膜将两侧介质隔离开来，从而实现密封效果。

当轴旋转时，密封腔内的气体被强制流动，形成一个气膜屏障，防止液体或气体渗入密封腔。

2. 干气密封的优点•高效性能：干气密封具有较高的密封效果，有效防止液体或气体泄漏，提高设备的工作效率。

•可靠性：由于密封性能稳定可靠，干气密封可保持长时间的使用寿命而不需要频繁维护。

•适应性强：干气密封适用于各种介质，包括化工、石油、医药等不同行业。

•安全性高：由于采用气体作为密封介质，避免了液体泄漏导致的安全隐患。

•环保性好：干气密封无需使用润滑油，减少了对环境的污染。

3. 干气密封的应用场合3.1 化工工业在化工工业中，往往需要处理一些有害、腐蚀性或粘稠的介质。

传统的液体密封在这种条件下容易受到损坏或泄漏，而干气密封可以有效地解决这些问题。

比如，干气密封常被用于泵、压缩机、反应釜等设备的密封，确保介质不泄漏，从而保护操作人员的安全和设备的正常运行。

3.2 石油行业在石油行业中，由于介质种类多样，常常需要在恶劣的工作环境中进行密封。

干气密封可以适应高温、高压、腐蚀等艰苦环境，确保设备的正常运行。

比如，干气密封常用于石油泵、油井采气设备、管线等油气密封系统中。

3.3 医药行业在医药行业中，要求设备的密封性能高、可靠性强，并且要求设备无泄漏和无污染。

干气密封具有符合医药行业要求的特点，被广泛应用于制药设备、灭菌系统、制冷设备等。

3.4 其他行业除了化工、石油和医药行业外，干气密封还广泛应用于其他领域。

例如，干气密封可用于食品加工设备、纸浆设备、电力行业的泄漏控制等。

4. 干气密封的发展趋势随着技术的不断发展，干气密封正朝着更高效、更可靠和更环保的方向发展。

压缩机干气密封一、压缩机干气密封的定义和作用压缩机干气密封是指在压缩机轴承处，使用气体代替传统的润滑油，实现轴承的润滑和密封。

其作用是防止润滑油泄漏，减少环境污染，提高设备可靠性和安全性。

二、压缩机干气密封的优点1.减少环境污染：压缩机干气密封不需要使用润滑油，可以有效降低环境污染。

2.提高设备可靠性：由于无需使用润滑油，可以避免因为润滑油泄漏引起的故障。

同时，压缩机干气密封具有较长的使用寿命和较小的维护量。

3.提高设备安全性：由于无需使用润滑油，可以避免因为润滑油泄漏引起的火灾等危险。

4.节约能源：由于无需使用润滑油，可以减少能源消耗。

三、压缩机干气密封的分类1.动态密封：动态密封是指在旋转轴上使用气体密封，通常采用活塞式密封或者旋转式密封。

2.静态密封：静态密封是指在不旋转的部件上使用气体密封，通常采用环形密封或者膜片式密封。

四、压缩机干气密封的工作原理压缩机干气密封的工作原理是利用气体的高速流动产生的离心力和摩擦力，将气体挤入轴承处形成一个气膜，从而实现润滑和密封。

五、压缩机干气密封的优化设计1.合理选择材料：选择高温耐磨材料可以提高干气密封的使用寿命和稳定性。

2.优化结构设计：通过优化结构设计，可以减少泄漏量和摩擦损失，提高干气密封的效率。

3.加强检测监控：通过加强检测监控，可以及时发现故障并进行维修保养，保证设备正常运行。

六、压缩机干气密封在工业生产中的应用压缩机干气密封广泛应用于石油化工、电力、钢铁、航空航天等行业，可以提高设备的可靠性和安全性，降低环境污染，节约能源。

七、压缩机干气密封的发展趋势随着环保意识的不断提高和技术的不断进步，压缩机干气密封将越来越广泛地应用于各个领域。

同时，未来的发展方向是进一步提高干气密封的效率和使用寿命，降低成本，实现智能化监控和维护。

jb∕t11289—2012干气密封技术条件摘要：1.引言2.干气密封技术定义及应用3.干气密封技术分类4.干气密封技术要求5.干气密封技术实现方法6.干气密封技术性能检测7.我国干气密封技术的发展现状与展望正文：干气密封技术作为一种先进的密封技术，近年来在我国得到了广泛的应用。

其技术条件和实现方法对于提高密封性能、降低泄漏率具有重要意义。

本文将对此进行详细介绍。

1.引言干气密封技术是一种在密封空间内引入干燥气体，通过压力平衡原理实现密封的技术。

该技术在我国的石油、化工、航空等领域有着广泛的应用，是保证设备运行安全、可靠的关键技术之一。

2.干气密封技术定义及应用干气密封技术是指在密封空间内充入一定压力的干燥气体，以提高密封性能、降低泄漏率的一种技术。

该技术主要应用于易燃、易爆、有毒、高温、高压等恶劣环境下的设备密封。

3.干气密封技术分类根据密封形式和压力的不同，干气密封技术可分为压力平衡式、差压式、真空式等类型。

各种类型的干气密封技术均有其适用范围和特点。

4.干气密封技术要求干气密封技术要求包括密封系统设计、密封元件选型、密封气体选择、压力控制等方面。

其中，密封系统设计是关键，需考虑密封形式、密封比压、密封间隙等因素。

5.干气密封技术实现方法干气密封技术的实现方法主要包括静态密封和动态密封。

静态密封主要用于静止设备，动态密封主要用于旋转设备。

实现干气密封技术的方法有多种，如机械密封、填料密封、磁力密封等。

6.干气密封技术性能检测干气密封技术的性能检测主要包括静态试验和动态试验。

静态试验主要检测密封性能，动态试验主要检测密封的可靠性和耐久性。

7.我国干气密封技术的发展现状与展望我国干气密封技术经过多年的发展，已取得了一定的成绩，但在技术水平、产品质量和可靠性方面与国外先进水平相比仍有一定差距。

未来，我国干气密封技术将继续加大研发力度，提高技术水平，满足国内各行业的密封需求。

干气密封工作原理一、引言干气密封是一种广泛应用于各种机械设备中的密封方式，它通过利用气体的特性来实现密封效果，具有结构简单、维护方便等优点。

本文将详细介绍干气密封的工作原理及其应用。

二、工作原理干气密封的工作原理基于气体的压力平衡原理和密封面的相对运动。

一般情况下，干气密封由静密封和动密封两部分组成。

1. 静密封部分静密封部分主要由密封面和密封环组成。

密封面通常采用硬质合金、陶瓷等材料制成，具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。

密封环则负责与密封面接触，并通过压缩使其与密封面形成密封。

2. 动密封部分动密封部分主要由活塞、活塞环和密封环组成。

活塞和活塞环的运动可产生压力差，从而形成气体的流动。

密封环则负责承受气体的压力，并通过其自身的弹性使气体无法泄漏。

三、工作过程干气密封的工作过程可以分为压缩、密封和润滑三个阶段。

1. 压缩阶段当活塞运动时，活塞环与密封环之间形成一定的压力差，使气体被压缩。

同时，密封环的弹性使其与密封面紧密接触，形成初步的密封效果。

2. 密封阶段在密封阶段，由于活塞环的运动，压缩气体逐渐流向密封面，与密封面接触。

此时，密封面与密封环之间的压力差逐渐增大，从而形成更好的密封效果。

3. 润滑阶段在润滑阶段，密封面和密封环之间的润滑剂起到重要的作用。

润滑剂可减少密封面和密封环之间的摩擦，提高密封的效果。

四、应用领域干气密封广泛应用于各种机械设备中，特别是涉及高速旋转的轴承和密封件。

其主要应用领域包括但不限于以下几个方面：1. 压缩机在压缩机中，干气密封可有效防止压缩气体泄漏，提高压缩机的工作效率。

同时，干气密封还可减少摩擦磨损，延长设备的使用寿命。

2. 泵站在泵站中，干气密封可防止液体泄漏，保证泵站的正常运行。

与传统的液体密封相比，干气密封不会受到液体蒸发和结晶的影响，具有更好的稳定性和可靠性。

3. 机床在机床中，干气密封可防止切削液进入主轴轴承，保护轴承免受污染。

同时，干气密封还可减少主轴轴承的磨损，提高机床的加工精度和效率。

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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。

一、前言P0117为石家庄化纤公司甲苯氧化装置苯甲酸蒸馏塔循环泵，介质含氧化反应副产物，介质组分复杂，具有温度高、腐蚀性强、易结焦、易凝固等特点，原轴封采用单端面波纹管机械密封，使用效果不好，寿命短，且泄漏频繁。

虽经国内主要波纹管密封制造厂多次改进，始终没能彻底解决。

为此，经过研究决定改为干气密封。

二、P0117泵的密封改造（一）干气密封的主要优点与传统的接触式机械密封相比，干气密封有以下几方面的优点。

①使用寿命长，运行稳定可靠。

②功耗消耗小，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，可实现介质“零逸出”，是一种环保型密封。

（二）P0117离心泵操作条件介质主要成分为60%～70%苯甲酸，其余为苯甲脂、联苯、催化剂，凝点为122℃。

介质正常温度为283℃，泵为单级悬臂离心泵，全夹套结构，型号XL40-25-200，转速为2950r/min，吸入压力为 0.12MPa，出口压力为0.5MPa，流量为3m3/h。

现场公共工程条件：管网氮气常温，压力0.5MPa；管网蒸汽160℃，压力0.6MPa。

（三)改造过程中需要解决的难点①密封寿命问题，原波纹管密封的寿命较短，为1周到3个月不等。

②介质温度的问题：由于介质温度高(283℃)，采用小弹簧干气密封，辅助密封圈的选择成为难点。

③介质温度低于122℃时就会凝固，对介质保温及停泵后泵腔的处理、保温成为难点。

④介质腐蚀性强，对密封基体材料及摩擦副材料选择有特殊要求。

（四）设计原则及依据1.设计原则保证干气密封与原单端面机械密封的互换性，便于在试用不成功时恢复原密封，不影响正常生产。

2.干气密封选型依据通过对P0117离心泵结构特点及工艺条件分析，结合现场的密封气源情况，为解决以上难点，选择API682 Plan74＋蒸汽伴热的双端面，集装结构的干气密封方案。

（五）干气密封技术方案1.该干气密封具有以下特点①此双端面结构将弹簧补偿机构置于氮气的工作环境下，解决了波纹管与介质直接接触而结焦等因素造成的波纹管失弹问题。