廖珈博 黄国强 朱治鹏
国家管网川气东送天然气管道有限公司
摘要：本文结合某长输管道压气站GE生产型号为PCL503的离心压缩机的干气密封系统，对密封系统的结构与原理做具体的分析介绍，同时比较干气密封系统与传统机械密封系统的优势，探讨干气密封在使用过程中需要注意的问题。
关键词：压缩机；干气密封；密封气
离心式压缩机若要获得良好的运行效果，必须在转子与定子之间保留一定间隙，以避免其间的摩擦、磨损以及碰撞、损坏等故障的发生，同时，由于间隙的存在，会引起级间和轴端的泄露现象，泄露不仅降低了压缩机的工作效率，而且还将导致环境污染，甚至造成着火或爆炸等事故。密封就是保留转子与定子间有适当间隙的前提下，避免压缩机级间和轴端泄露的有效措施。某长输管道压缩机主要采用的是迷宫密封和干气密封[1][2]。
1、迷宫密封
梳齿密封是迷宫密封的一种，密封间隙减小、密封齿数增多，其密封效果越好，然而，密封齿数增多，一方面导致轴向尺寸增加，同时随着密封齿数的增加，其密封效果逐级下降，因此，叶轮前后的级间密封一般只设3-6齿，轴端密封设6-35齿。齿顶间隙太大，密封效果较差，太小又会引起转子与密封齿间的摩擦磨损。
梳齿密封材料为AL14铝，超过250℃即融化，因此离心式压缩机最高排气温度不能过高。单一的梳齿密封很难实现零泄露，因此需要采用和其他密封联合的密封形式较为有效，某长输管道压缩机采用和机械密封联合使用。
通过梳齿密封的气体流动方向为螺旋方向，通过每一个齿都要经过先压缩后扩张的过程，由于梳齿的质量会影响密封的性能，建议每三年检查一次梳齿密封。梳齿磨损后每一齿后的压力都会上升，从而导致梳齿两侧的压差变小，密封效果变差。
2.干气密封
干气密封是一种新型的无接触式轴向密封，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。本文也将重点介绍干气密封的结构及工作原理。
1干气密封的结构与工作原理
1.1机械密封
机械密封是压缩机干气密封结构的主要组成部分，某长输管道压缩机主轴的两端共有四组机封，每端有两组机封串列构成一个机械密封总成，它是由博格曼公司提供，型号分别为：DGS21/150-TA1-R型、DGS21/150-TA2-L型（注TA1-R型为进气侧，TA2-L型为排气侧）；每个机械密封由一个动环（碳化钨或亚硝酸硅）、一个静环（碳化硅）及动、静环支座组成，如图1所示。
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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。
1.2密封干气系统
某长输管道使用的压缩机采用的密封气有三种：
1）压缩机运行过程中使用的压缩空气。
密封空气供气压力为0.6MPa，流量为102Nm3/h，温度为17-40℃。密封空气供气主管线上安装三个压力变送器用来监控密封空气压力，采用三取二的数据判定模式，并设定超低压力报警值为0.11MPa，低于此压力压缩机停机。
2）压缩机长期停用后启动机器使用的增压加热撬增压后工艺气。
干气密封增压加热系统，应用于在单台压缩机组启动及单台压缩机组停运过程中，或者压缩机出口汇管压力偏低时，不能保证干气密封压力的要求，干气密封的两极动静环无法打开，造成密封环因摩擦而烧毁。当压缩机进出口汇管两处压变取值压力差小于0.3Mpa，增压泵自动启动运行。当压缩机进出口汇管压力差两处压变取值压力差大于0.5Mpa，增压泵自动停止运行。
3）压缩机运行过程中使用的高压工艺气。
密封天然气取自压缩机出口端，通过过滤器进行过滤后提供给压缩机进行密封，在压缩机启动后，压缩机排气压力逐渐增加，当大于干气密封增压撬提供的密封气压力后，压缩机出口天然气管线上的单向阀打开，此时增压撬来气的单向阀关闭，由压缩机出口天然气提供干气密封气源。过滤器前后管线上安装有差压变送器，设置有高差压报警，报警值设置为0.05MPa。密封天然气设置一个差压变送器，用来监控密封天然气主管线和平衡鼓侧的压力差，正常运行的情况下需要有0.3MPa的压差；并设有低差压报警，低压报警值为0.05MPa。启动时差压需达到0.3MPa才能进行压缩机启动，低于0.05MPa不能启动，但可以进行停用压缩机操作。
1.3密封气排放控制
1）主放空管：从压缩机每端内侧的第一组机封泄漏的密封气通过流量孔板阀由主放空管排到火炬系统。放空管上的流量孔板阀的上下游之间有压差开关变送器，当压差高于第一设定值时，就会发出高报信号，如果压差继续升高达到第二设定值时要，机组就会联锁停车。放空管上设有压力表控制阀，用来保持主放空管内气体压力在0.15 MPa，保证到火炬系统的气流稳定，也保证了密封气的正常压力。放空管上还设有安全阀，用来保证压力过高时直接排放到火炬。
2）次放空管：从压缩机每端内侧的第二组机封泄漏的微量密封气与来自冲洗隔离腔的反向冲洗气由次放空管排到大气。
2干气密封相对于一般机械密封的优势
作为一种新式的密封模式，相比传统的机械密封，干气密封具有如下表1所示的特点。
表1 干气密封与机械密封比较
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3干气密封在使用过程中需要注意的问题
干气密封作为离心压缩机的重要部件，对压缩机的平稳运行影响很大，在操作中要引起特别的注意。
1) 对密封介质的洁净度要求：杂质粒度≤3μm，温度≤40℃，含液≤500ppm(w/w);
2) 密封气、隔离气要先于润滑油供应而后于润滑油切断，避免润滑油进入密封体内污染密封面，这种状况下运行极易造成密封面的损坏。
3) 干气密封本身可靠性较高，但其连锁控制系统需要根据实际情况综合考虑，避免由于假信号引起机组连锁误动作。
4) 运行过程中要密切注意干气密封系统有关参数的变化，从中找出干气密封运行情况的变化。必要时调节可以干气密封一级放火炬排放线的针型阀调整密封排气压力。
5) 由于正常时干气密封泄漏量较小，基本为设计失效流量的1/5—1/8，而流量测量仪表是按照设计失效流量进行的选型，在低流量下存在较大的误差。
6) 严禁机组运转过程中保证密封气的供给，因为密封气的中断会导致密封面干磨，很短时间内密封就会烧坏，另外采用压缩机自身工艺气作为密封气时要注意密封气的脱液，防止液滴进入密封面破坏密封，还要注意压缩机工艺参数变化对密封的影响，不能保证密封气供给时及时投用辅助密封气。
7) 杜绝机组倒转，根据螺旋槽的设计方向，气体只有沿设计方向进入螺旋槽，密封面之间才能形成气膜，脱离接触;如果机组倒转，则会导致动静环直接接触发生干摩擦，密封很快烧毁。所以，操作上遇到机组突然停车时，要及时打开反飞动阀降背压，同时要迅速关掉机组出口阀，防止机组倒转。
4结语
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。在日常维护中我们也要注意保证密封气介质的洁净度、密封气供给量及相关系统、参数的恰当配合，确保干气密封系统能高效、平稳运行，为压缩机的正常工作提供保障。
参考文献：
[1] 顾永泉. 机械端面密封.石油大学出版社，1994.12.
[2] 米勒，程传庆.流体密封技术-原理与应用.机械工业出版社，2002.