叶付
浙江石油化工有限公司，浙江省舟山市 316000
摘要：干气密封是一种非接触式密封，通过在机械密封动环上开设了动压槽以及随之相应设置了辅助系统而实现密封端面的非接触式运行。干气密封在压缩机应用领域因为使用的可靠性和经济性，得到了广泛的应用。本文主要对干气密封在闭式制冷压缩机组应用的优劣进行分析。
关键字：干气密封、压缩机、离心机组、优劣
1.概述
干气密封是兴起于上世纪60年代末期，在气体动压轴承的基础上通过对机械密封进行根本性改进发展起来的一种新的非接触式密封，实际上就是通过在机械密封动环上开设了动压槽以及随之相应设置了辅助系统而实现密封端面的非接触式运行。
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。英国的约翰克兰公司于70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。最初，干气密封是为了解决高速离心式压缩机轴端密封问题而出现的，由于密封为非接触式运行，因此，特别适合作为高速高压设备的轴端密封。大多数干气密封被用于输送易燃易爆，有毒有害的流体，而且，在输送气体介质时大多以输送介质作为第一级密封介质，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优点。因此，在大型压缩机应用领域，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。但是，这些均是用于输送有害气体，下面对干气密封在闭式制冷压缩机组应用的优劣进行分析。
2.应用优劣分析
传统大型制冷系统离心机组以约克的压缩机为典型，多数采用53A或油润滑密封，优点是操作简单，维护工作量小。缺点是油分离效果不好用情况下，制冷机油会随制冷介质进入后续蒸发器、经济器底部积存，由于系统压力原因，油位不好控制，润滑油补加困难，浙石化丙烯腈装置制冷系统首次应用国产化机组，并成功将干气密封系统应用于闭式制冷循环系统，下面对其运行一年来的优劣进行比较分析。
2.1机组及干气密封简介
本制冷系统机组为离心式，水平剖分，3级压缩，机组转速在7012rpm至10518rpm区间进行调节，制冷介质为丙烯，载冷剂为25%乙二醇盐水溶液，用于将载冷剂降温并保持在0℃后送装置用冷单元。
该机组的干气密封采用传统的串联式干气密封（见图1串联式干气密封），其中A接口：为一级密封气（工艺气），B接口：一级泄漏气（去火炬），C接口：二级密封气（氮气），D接口：二级泄漏气（室外高点放空），接口E：隔离气（氮气），接口P：排凝口（下方），接口S：平衡口。
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该机组的动密封环采用了双向槽设计。见图2干气密封动环示意图。
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2.2优点
1)润滑油与丙烯系统隔开，防止丙烯和润滑油互串，解决了传统约克机组润滑油随丙烯进入蒸发器造成机组停工检修处理时的繁琐工作，对机组检修处理有极大好处。
2)减少了原始投资，该机组是首次国产化应用于闭式制冷系统机组，大大节约了原始资金投入。较进口机组原始投入降低50%。大大解决新建项目投资大问题。
2.3缺点
1)制冷剂时刻跑损，从本次应用来看，约有1.5Nm3/h的丙烯从一级动静端面泄漏至火炬系统，单侧机封每天约有36Nm3的丙烯泄漏，每套机组每天约有72Nm3的丙烯泄漏，因此，需定期充注丙烯。若不考虑丙烯损失的经济因素，干气密封系统经济性可行。
2)为保证一级动、静环不被污染，必须始终保证一级密封气压力高于平衡管及腔体内的压力，因此在干气密封盘设置了增压泵，增压泵的设计寿命是150万次，对于短时及长时停机时，增压泵寿命固定，到使用寿命需更换。短时停机增压泵可以使用，若长时停机需进一步采取隔离机头，或排空系统丙烯已保护干气密封，防止一级密封气低于平衡管压力。
3)干气密封系统不利于抽真空，本次应用的干气密封在出厂时压力试验以正压、为主按照2.2MPa设计做实验，泄漏率为：0.48Nm3/h,厂家不能提供其最大承受反压的能力，在机组制冷系统抽真空时必须考虑干气密封承受的反压，因此在机头处设置隔离阀以便抽真空时将机头及干气密封隔离。此种做法就需要在抽完真空，实气破真空时对机头进行实气置换，增加了不必要的措施，使开车准备更加繁琐。
4)为保证一级密封气与平衡管及腔体压差，机组停机关闭机头隔离阀时，机头必须排火炬以保证压差存在，防止增压泵一直运行，机头内压力过高。这就存在机头内部，不用氮气置换，用系统内的丙烯一直排放，终将丙烯排放干净，因此必须关闭机头隔离阀，内充氮气，这就导致开车前需利用一级密封气对机头进行氮气置换，如置换不彻底必将导致系统内部存在不凝气，影响制冷。
5)考虑到干气密封管路上进上出布局，为防止管路干涉，机组的进出口均设计为朝下布置，从而导致管路均需下进下出，且未设计伴热系统，导致停机处理时，气态丙烯冷凝至地点管路，管路内的液态丙烯无法从外界吸收热量，升华为气相，导致置换处理困难，增加了停工置换处理的难度。
3结论
1）从原始投资及运行经济性角度分析，干气密封用于闭式制冷系统大大节约了原始投资，有利于装置前期建设。
2）削弱了国外某品牌设计的应用于闭式制冷系统机组密封的垄断地位。为装备制造国产化应用做出突出贡献。
3）针对其应用过程中的缺点，笔者从以下几方面提出应对措施并已实现成功应用：
4）针对制冷剂跑损问题，考虑到大型化工厂丙烯充足，制定严格的操作规程根据经济器液位判断丙烯充注时机，及时加入丙烯，保证生产运行。
5）为保证一级动静环在停车时不被污染，延长增压泵使用寿命，在机头与系统连接管路设计了隔离阀，以便在停车时将机头隔离，在平衡管处设置了排火炬系统的管线，在停工时将机头隔离，排放机头内丙烯至火炬，降低机头压力，保证一级密封气压力高于平衡管压力，避免一级密封动静环污染，损坏干气密封。
6）系统抽真空时，因干气密封承受反压不确定，利用机头隔离阀将机头隔离，在系统抽真空合格后，实气破真空时对机头进行实气置换，经多次置换直到机头排火炬管线挂霜，证明丙烯纯度增高，可以解决不凝气进入系统。
7）针对停机处理过程中丙烯置换难度大，无法从外界吸收热量的情况，需优化停机操作流程，在机组低速运转时，通过观察经济器和蒸发器丙烯液位，同时打开系统排丙烯至火炬阀门，打开一段、二段防喘振阀门，边低速运行边排火炬直至蒸发器和经济器液位为零，吸气过热度增大后逐渐停机，通过实际应用，此方法能有效解决液态丙烯聚集于系统地点处。
参考文献
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