[摘要]：干氣密封是一種無接觸式密封，它具有泄漏量少、磨損小、壽命長、能耗低，操作簡單可靠，維修量低，被密

封的氣體不受油污染等特點(diǎn)，在化工機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用，尤其用在有毒、易燃等介質(zhì)氣體的密封上。本文從干氣密封

的結(jié)構(gòu)及原理入手，就常見損壞原因，密封失效判斷，維護(hù)運(yùn)行注意事項等方面結(jié)合具體事例進(jìn)行了分析判斷與總結(jié)，可

為干氣密封的事故預(yù)防、故障判斷、長周期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供參考依據(jù)。

1 干氣密封的用途和適用范圍

干氣密封是在氣體動壓軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種干運(yùn)轉(zhuǎn)氣體薄膜潤滑非接觸式機(jī)械密封，該密封利用流體動力學(xué)原理，通過在密封端面上開設(shè)動壓槽而實(shí)現(xiàn)密封端面的非接觸性運(yùn)行。最初，干氣密封主要為了改善高速離心壓縮機(jī)的軸封問題，由于密封采取非接觸性的運(yùn)行方式，因此干氣密封具有不受PV值影響、低泄漏率、無磨損運(yùn)轉(zhuǎn)、低能耗、壽命長，效率高、操作簡單可靠、被密封流體不受油污染等特點(diǎn)，尤其在高壓設(shè)備、高速設(shè)備及各類壓縮機(jī)設(shè)備中應(yīng)用具有良好前景。

目前，壓縮機(jī)用干氣密封已有20 MPa以上的成功應(yīng)用案例，2012年機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)《干氣密封技術(shù)條件》將成熟的壓縮機(jī)用干氣密封范圍界定為壓力不超過15 MPaG，平衡直徑不大于300 mm，線速度不高于140 m/s；泵用干氣密封使用參數(shù)相對較低，介質(zhì)壓力不超過4.1 MPa （G），軸徑不大于110 mm，線速度不高于25 m/s。

2 干氣密封結(jié)構(gòu)及原理介紹，見圖1、2典型的干氣密封結(jié)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、O形圈及軸和組裝套組成。動環(huán)與靜環(huán)配合表面具有很高的平面度和光潔度，通常在動環(huán)表面上加工有一系列的淺槽，借助端面開設(shè)的流體動及串聯(lián)式干氣密封。單端面布置壓槽，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下所產(chǎn)生的流體動、靜壓效應(yīng)，使兩端面被一穩(wěn)定的薄氣膜分隔開來，而處于非接觸運(yùn)行狀態(tài)。工作原理是動環(huán)旋轉(zhuǎn)時，被密封的氣體沿周向吸入螺旋槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝向密封堰流動，密封堰阻止氣體流向中心，從而氣體被壓縮引起壓力升高，密封端面間隙得到靜定形成要求的氣膜。密封端面平衡間隙（膜厚）一般在2~10 μm之間。如此，端面的間隙可自行控制界面開啟力，與外界的閉合力平衡，使氣膜具有良好的彈性（氣膜剛度高），形成穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)并防止密封端面相互接觸。

干氣密封的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)被密封介質(zhì)的不同、介質(zhì)壓力的不同及工作轉(zhuǎn)速的不同，又可分為單端面干氣密封、雙端面干氣密封（見圖3） 適用于少量工藝氣泄漏至大氣中無危害的工況，如二氧化碳機(jī)、空壓機(jī)、氮壓機(jī)等；雙端面布置（見圖4） 適用于不允許工藝氣泄漏至大氣中，但允許氮?dú)膺M(jìn)入機(jī)組的工況，比如工藝氣比較臟、不穩(wěn)定或存在負(fù)壓的危險；串聯(lián)式布置（見圖5） 適用于允許少量工藝氣泄漏至大氣的工況，采用兩級串聯(lián)式布置方式，一級為主密封，二級為備用密封。正常工況下，第一級密封承擔(dān)全部或大部分載荷，而另一級不承受或承受小部分壓力降，通過主密封泄漏的工藝氣體被引向火炬燃燒，剩余極少部分的工藝氣通過二級密封引入安全地帶放空。當(dāng)主密封失效時，二級密封可以起到輔助安全作用。

3 常見損壞原因

3.1 單向槽反轉(zhuǎn)或低速工況

在干氣密封使用過程中由于安裝錯誤導(dǎo)致驅(qū)動端與非驅(qū)動端裝反、機(jī)組停車不可避免存在反轉(zhuǎn)工況、低速暖機(jī)工況等存在，致環(huán)破碎導(dǎo)致密封損壞，嚴(yán)重時環(huán)直接碎裂。

3.2 后置隔離密封失效，外側(cè)密封被污染在使用過程中，可能會因為設(shè)計或操作方面的原因?qū)е聺櫥臀廴久芊舛嗣?。例如：軸承腔排空不暢（呼吸帽過濾網(wǎng)堵塞）、氣體設(shè)計流速低造成氣量過小、迷宮齒數(shù)或間隙不合適、孔板設(shè)計過小、系統(tǒng)控制問題、氮?dú)獠▌踊蚬庵袛?、開停車操作順序錯誤、誤操作等。

3.3 壓縮機(jī)前置迷宮失效，密封污染壓縮機(jī)前置迷宮密封磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致工藝氣

反竄至干藝密封的密封面，污染密封見圖6。

3.4 開停車處理不當(dāng)，密封污染開停車過程中，一級密封氣流量不容易保證，機(jī)內(nèi)氣體容易反竄，造成一級密封端面的污染，因此可能在初試開車增壓過程中，壓力較低，泄漏量偏大。在對機(jī)組準(zhǔn)備開車，進(jìn)行沖壓前，必須先通過控制系統(tǒng)注入開車用密封氣，避免工藝氣反竄造成密封的污染；在停車過程中，應(yīng)及時切換氣源，避免造成工藝氣反竄污染密封；停車期間，避免因操作等原因造成密封污染。

3.5 正常運(yùn)行時，過濾系統(tǒng)失效，密封污染在干氣密封現(xiàn)場運(yùn)行中可能出現(xiàn)密封氣嚴(yán)重帶液，超出過濾器處理能力；過濾器堵塞后未及時切換，造成濾芯破損；氣源中含大量的細(xì)粉，其粒度小于過濾器的精度，超出了過濾器的處理能力，但總量大，對密封及系統(tǒng)均造成影響等情況導(dǎo)致過濾系統(tǒng)失效，從而污染密封，導(dǎo)致失效。

3.6 機(jī)組原因造成的密封失效

某化工廠載氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行期間，機(jī)組振動值突然直線上升，超出儀表的測量范圍，緊接著機(jī)組密封泄漏超標(biāo)。解體后發(fā)現(xiàn)密封動環(huán)碎裂，主要是因為主軸上熱套的平衡盤松動，發(fā)生了軸向位移，并與定子發(fā)生了接觸磨損，導(dǎo)致機(jī)組的振動值升高，并超出了密封能夠承受的范圍，引發(fā)密封損壞。

3.7 現(xiàn)場誤操作

某化工廠乙烯壓縮機(jī)，機(jī)組正常運(yùn)行2年左右，兩端密封突然同時失效，密封環(huán)損壞。后期排查原因時發(fā)現(xiàn)，冬天溫度較低，操作人員出于好心將密封氣的加熱器開啟，因溫度突變造成密封環(huán)炸裂。

4 維護(hù)及運(yùn)行注意事項

4.1 干氣密封操作極限

干氣密封的軸向竄動允許依2.5 mm；徑向跳動允許依0.6 mm；可承受短時間低速脈沖式盤車；承受API617振動公差要求；靜態(tài)時可承受不超過1 MPa的反壓，動態(tài)時不允許反壓。

4.2 干氣密封操作注意事項

必須選用干凈、干燥，在一定溫度、一定壓力下不碳化、不聚合的氣體作為干氣密封工作氣源；必須始終保證干氣密封各個密封端面上、下游壓差為正壓差，且單向旋轉(zhuǎn)槽型不可反向旋轉(zhuǎn)。

在日常正常運(yùn)行中，干氣密封本體基本不需要特殊操作和維護(hù)，但在工藝條件波動、啟停過程中需要注意各流量、壓力參數(shù)是否在密封廠家給出的正常值范圍內(nèi)。尤其在開停車過程中必須嚴(yán)格按照密封廠家提供的順序操作，一般而言，開車時，先投后置隔離氣，再投軸承潤滑油。停車時，反之。

日常維護(hù)中需要對干氣密封控制系統(tǒng)進(jìn)行定期巡視和維護(hù)，檢測過濾器是否阻塞，保溫、伴熱是否正常、儀器儀表是否正常等，一般來說，保證各顯示儀表數(shù)值在正常范圍內(nèi)，基本能夠保證密封運(yùn)行性能。

4.3 干氣密封備件的貯存

干氣密封備件一般貯存在室溫不低于-15℃和不高于40℃的通風(fēng)、避光、干燥的室內(nèi)存放。自出廠之日起，密封產(chǎn)品貯存時間為3年，超過3年的干氣密封，使用前應(yīng)發(fā)回原廠家進(jìn)行檢測、更換輔助密封圈并試驗。

5 結(jié)語

干氣密封是目前最先進(jìn)的一種非接觸密封型式，通過上述對干氣密封基本原理和結(jié)構(gòu)、維護(hù)、使用、失效分析等闡述可以得到干氣密封的使用和操作必須嚴(yán)格按照相應(yīng)的操作流程進(jìn)行操作，并在使用過程中避免出現(xiàn)導(dǎo)致密封失效的操作和因素，從而保證密封性能，確保裝置的安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行。