干气密封、机械密封培训课件.pdf

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1、压缩机干气密封与高危泵密封技术交流杨惠霞 博士大连华阳光大密封有限公司?公司技术部长，干气密封总负责人。?中国机械工程学会高级会员、中国机械工程学会流体工程分会理事、全国机械密封专业标准化技术委员会委员、流体机械杂志社编委。?1996年中国石油大学石油天然气机械工程专业博士研究生毕业后，留校任教6年。曾任机电工程学院过程装备与控制工程系副主任、副教授和硕士生导师。?2002年天津新技术产业园区鼎名密封有限公司（2004年转制为约翰克兰鼎名密封有限公司）工作，先后任市场销售部副经理、研发部副经理、技术总监、研发总监。?2009年离开约翰克兰创办天津赛锐特密封技术有限公司，任董事长兼总经理、总工程

2、师。?2011年8月底，天津赛锐特公司与大连华阳强强联合，杨惠霞博士及赛锐特技术团队整体加入大连华阳，任技术部长。?作为第一发明人获得中国发明专利1项，作为共同发明人获得实用新型专利4项；在国内外期刊上公开发表论文30多篇。?从2002-2009年亲自参与300多个压缩机干气密封的核心技术设计与方案审查；2011年完成18MPa干气密封的设计并顺利通过试验室样机试验。个人简介个人简介?座落在大连市甘井子区营城子高新技术园区，占地28000平方米；?公司注册资金5400万元；?员工232人，工程技术人员60余人（博士3名，硕士9名，高级职称11人）；?公司自2000年以来，销售额平均以年40%递

3、增，2009年被大连市政府评为年效益成长型中小企业，评为大连市企业技术中心；?2011年，中石化/中石油对国内外密封厂综合评比中，华阳均列第一。公司介绍压缩机干气密封一台典型的离心压缩机包含两个介于轴承之间的集装式干气密封，其作用是隔离压缩机腔体与轴承腔，防止机内易燃易爆危险性工艺介质向大气环境的泄漏，同时维持机内的压力。干气密封的定义及特点1.定义干气密封：干运转、气体润滑、非接触式机械端面密封的简称。2.特点以气封气、非接触、气膜润滑、功耗低、寿命长、可靠性高、运行维护费用低。干气密封目前国际上最先进的高速透平压缩机轴端密封型式，是设计院、主机厂和终端用户首选的大机组轴端密封型式。干气密封

4、运转演示干气密封的典型结构及材料干气密封典型结构特点：与高速机械密封相比，密封面宽、旋转环（硬环）密封面刻有微米量级的动压槽，密封面分为槽区和坝区两部分。典型的动环传动、防护方式典型的弹簧座结构波纹带定位技术波纹带定位，可补偿热变形、压力变形和离心力变形。波纹带(tolerance strip)波纹带的“T”标记T T3-10 mm圆弧槽干气密封常见槽型双向槽双向槽 专利号：201020240148.X John CraneV形槽U形槽T形槽BurgmannFlowserve螺旋槽枞树槽干气密封常见槽型旋向气体向中心泵送密封坝气体受压压力升高产生间隙单向槽工作原理单向槽工作原理旋向气体向中心泵

5、送密封坝气体受压压力升高产生间隙双向槽工作原理气膜刚度01020304050607080901000246810Minm Film Thickness(um)Film Stiffness(MN/m)最初双向螺旋槽单向螺旋槽Speed=14,500 rpm168.3mm O/B Seal改进型双向螺旋槽单向槽与双向槽的比较?单向槽：螺旋槽、圆弧槽、V形槽优点：动压效应强，气膜刚度大，抗外界扰动能力强。缺点：不能反转。?双向槽：枞树槽 T型槽 双L槽优点：可以长时间反转；缺点：较单向槽动压效应弱，气膜刚度小，抗外界扰动能力较弱。推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。干气密封材料?旋转环 （Mati

6、ng Ring）碳化钨（钴基、镍基）碳化硅（无压烧结、液相烧结）?静止环（Primary Ring）碳石墨（浸金属、浸树脂）碳化硅+碳 碳化硅（DLC镀膜）?金属件（Metal parts）410不锈钢/316不锈钢/哈氏合金/其它?弹簧（Spring）哈氏合金C?静环材料（Primary Ring）?碳石墨?浸金属?浸树脂（强腐蚀性介质）?碳化硅+碳?碳化硅+DLC(如超高压)干气密封材料?动环材料（Mating Ring）?碳化钨?钴基?镍基?碳化硅?反应烧结（不用）?常压烧结（或称无压烧结）?液相烧结 超高压干气密封材料?碳化钨（钴基）?韧性好?强度高?钴基不耐腐蚀?镍基抗腐蚀性较好?碳

7、化硅?抗腐蚀性好?易碎 怕磕碰、易缺边干气密封材料密封综合性能分析软件?干气密封性能预测?采用自有专用软件?稳态&瞬态气膜模拟?实时干气密封性能预测?唯一包含：?有限元分析(FEA)；?计算流体动力学(CFD)；?以及根据大量试验结果得出的经验修正。TOTAL DEFLECTION(200X)AXFEAEX3-shaft sleeve19.919.919.919.920.020.020.020.1Temp CzrTOTAL DEFLECTION(200X)AXFEAEX3-shaft sleeve19.919.919.919.920.020.020.020.1Temp Czr LEFT ASS

8、EMBLY SAFETY FACTOR(COLMOHR)AXFEAEX3-shaft sleeve3.114.014.915.816.717.618.529.42Nzr LEFT ASSEMBLY SAFETY FACTOR(COLMOHR)AXFEAEX3-shaft sleeve3.114.014.915.816.717.618.529.42Nzr金属件受力变形分析密封综合性能分析软件输入输出压力，温度，转速，气体组份，材料，槽形，密封几何形状密封面间隙，泄漏量，摩擦，功率，温升，气膜稳定性密封综合性能分析软件压缩机干气密封产品介绍单端面密封H287A工艺气轴承单端面密封主要用于没有危险的

9、气体，如空气、氮气和二氧化碳 双端面密封H287B要求主密封N2压力高于工艺气压力2bar以上工艺气轴承用于有毒或含颗粒的工艺气和压缩机入口压力低的情况 串联式密封H287C工艺气轴承二级放空一级放火炬过滤后的工艺气90-95%工况采用串联密封工艺气轴承 带中间迷宫串联式密封H287D带中间迷宫的串联式干气密封用于有毒、可燃性和危险气体二级放空一级放火炬过滤后的工艺气N2缓冲H288系列高压干气密封高压干气密封介质侧介质侧推环O环聚合物密封圈推环高压设计中压设计高压干气密封的优点?防止由于O环摩擦使密封卡滞?没有快速减压造成O形环爆裂问题?质保期长?密封圈不像O形环可能被化学侵蚀（抗腐蚀性好）

10、高压串联干气密封H288工艺气轴承二级放空一级放火炬过滤后的工艺气N2缓冲H820/H821后置隔离密封为什么要使用隔离密封?高压侧轴承侧隔离气(N2)入口2 x 隔离密封防止轴承箱的润滑油气 侵入干气密封。防止工艺气进入轴承腔 的最后一级密封。后置隔离密封的作用与形式?压缩机干气密封都应配备后置隔离密封，其作用是阻止轴承油污染干气密封，同时防止干气密封泄漏气体进入轴承油侧。?H287、H288系列干气密封标准配置采用迷宫密封，另外可选择碳环密封作为后置隔离密封。?迷宫密封的特点是结构简单，安装方便。?碳环密封氮气消耗量更低，大约只有相同尺寸迷宫密封氮气消耗量的20%-30%，而且防油能力更强

11、，但现场安装和维修稍显麻烦。轴承侧气封侧隔离气二级放空轴承放空碳环隔离密封H821迷宫隔离密封H820轴承侧气封侧隔离气二级放空轴承放空?碳环密封单侧N2消耗 8.5Nm3/h密封寿命理论上无限制现场安装要求低隔离密封的比较压缩机干气密封检测与试验试验设备公司拥有6座干气密封动态性能试验台：?同步电主轴驱动，转速25000r/min，功率47.6Kw，扭矩98.2N.m，2台?同步电主轴驱动，转速15000r/min，功率40Kw，扭矩138N.m，2台?同步电主轴驱动，转速4000r/min，功率27Kw，扭矩266N.m?同步电主轴驱动，转速36000r/min，功率11Kw?动环超速试验

12、台，转速高达36000rpm?高压气泵，压力30Mpa 所有产品都可按技术协议要求进行工况模拟试验，以确保产品质量。密封面研磨抛光与检测最尖端的激光端面泵浦技术与最先进的伺服驱动技术的完美结合。先进的激光刻槽设备尺寸精度0.02mm槽底粗糙度Ra0.2先进的激光刻槽设备轮廓仪精度0.1m先进的槽深检测设备超速试验台动平衡试验机计量精度G1密封性能测试试验中心压缩机干气密封实验装置（最大转速：25000rpm，轴径为380mm,压力20Mpa,温度250）,国际先进水平测试操作台密封性能测试实验台软件自动数据采集软件自动数据采集干气密封试验规范（API617）1.动环超速试验2.旋转组件动平衡试

13、验3.静态试验(不同压力下泄漏量、扭矩)4.动态试验 包括最大密封压力不同转速（最大连续转速、跳闸转速）下性能试验、二级密封试验、启动停车试验5.热态下的静压试验6.目测检查7.确认试验密封平衡直径：125.4mm；试验转速：12000rpm；试验动态密封压力：18MPa；静态密封压力20MPa。20Mpa高压干气密封试验成功压缩机干气密封修复A.标准修复?拆解、检查和清洗?详细的检测报告，含拆解后实物照片及说明、修复方案?易损件更换，即O形圈、弹簧、螺钉、波纹带、聚合物等?旋转组件动平衡校核?静态/动态试验干气密封修复B.特殊需求?静环更换?动环重新刻槽?动环更换?动环超速试验?金属件更换?

14、特殊试验要求干气密封修复干气密封系统基本原理干气密封系统的功能?对提供给密封的气体进行过滤，以除去颗粒和液体。?对提供给密封的气体进行控制，以满足密封对气体压力、流量和温度的要求。?通过对密封气或密封泄漏气的压力、流量等参数的测量来监测密封运行状况。干气密封测控系统配置典型的干气密封测控系统由以下几部分组成：?密封气的供给与控制?一级密封的泄漏监控与排放?缓冲气的供给与控制?二级放空?隔离气的供给与控制注:根据密封布置方式来进行系统的配置。标准系统的控制监测针对洁净、干燥的密封气源密封气控制?压力控制自力式调节压力控制器差压力调节器差压控制阀与差压控制器?流量控制孔板/针形阀差压调节器流量控制

15、阀与流量控制器密封气压力控制PDITPDIT取自压缩机平衡管 取自密封气进气管差压远传P P平衡差压控制器-DCSP P密封P P密封P 密封 P 平衡压差p=P 密封-P 平衡 =0.3 Barg(最小)差压控制阀PI-1FI-2FI-1流量计(可选)从过滤器来的密封气PI-1PDI显示/开关/远传来自压缩机出口气体/外供气体FI-2FI-1?球阀或针阀调节流量?FI 流量计监测密封气流量调节流量控制阀保证迷宫处气流速度至少 5m/s密封气流量控制PDIT差压调节阀PI-1FI-2FI-1流量调节阀密封气压力流量控制取自压缩机平衡管 取自密封气进气管差压远传差压控制器-DCSP P平衡P P

16、密封P P密封P 密封 P 平衡压差p=P 密封-P 平衡 =Barg 干气密封污染及解决措施工艺气侧内弹簧座表面的固体颗粒污染工艺气中氯化物的腐蚀干气密封污染干气密封污染碳氢化合物在密封表面结焦碳氢化合物在密封内部结焦?干气密封污染主要是由于在密封腔中没有足够品质和压力要求的气体。?在正常运行时，经处理后的气体通常是干燥和不含颗粒的(API614和API617要求)，将为密封提供一个好的工作环境。?在启动和滞止阶段，由于工艺气体没有被加热和过滤，这些未被处理的密封气就会引起有害的密封污染。干气密封污染工艺气过滤器FIFI工艺气外部气源过滤的工艺气过滤的工艺气体流入压缩机正常动态运行条件下密封

17、气流通路径动态运行正向的密封气流动没有过滤的工艺气从压缩机流到密封腔密封被不洁净的工艺气污染在启动时导致密封卡滞过滤器FIFI没有密封气流动，导致密封破坏性的污染滞止或停车工况机器静止没有密封气流Typical Export Compressor Gas Analysis Phase Diagram020406080100120-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20020406080100120Temperature,CPressure,Bar(a)Dew LineBuble LineExpansion From 81 Bar(a),85CExpansion

18、From 81 Bar(a),65CExpansion From 81 Bar(a),45CExpansion From 81 Bar(a),25CExpansion From 81 Bar(a),-5C确保不形成冷凝物的气体最低温度值（高于露点线20）确保不形成冷凝物的气体最低温度值（高于露点线20）气相分析预处理过滤器 液体分离模块?提供无液密封气?更大的液体收集腔?通过液位变送器连续监测液位?可以提供自动排液?压差变送器监测凝聚式滤芯压差?复线布置便于在线更换滤芯?可以加到现有的干气密封控制系统中消除液体进入密封腔预处理过滤器 阻止未过滤的气体进入密封腔?在压缩机停车、启动和滞止工况下，

19、提供干净的气体到一级密封和机内迷宫。?配置标准的增压系统后，就能够确保只要密封带压，就有干净的气体提供给密封。气体增压器 booster仪表风（或低压氮气）调节后的密封气进入控制系统来自过滤器的干净气体FS加压干净气体进入压力容器/加热器干净的加压加热气体通过增压控制器低流量状态下（开/停车等），流量开关发出信号打开电磁阀 流量开关设定与需要的最小流量一致 干净、增压、加热的气体进入控制系统增压器 增压器控制流量开关S增压器（booster）气体增压器气体加热模块阻止水合物的形成，保持密封气温度高于露点温度气体加热系统?气体调节单元很容易添加到现有的干气密封控制系统中提供无固体液体的密封气防止

20、未经过滤的气体进入密封腔防止水合物形成气体调节单元小结气体调节单元最完备的系统原料气压缩机有毒有害类密封改造方案有毒有害类密封改造方案密封布置：密封布置：3CWFB/BB/FF（双端面有压集装式多弹簧型机械密封）密封改造方案一密封改造方案一密封改造方案一通入高压密封液进行循环密封液润滑两个密封面通入高压密封液进行循环密封液润滑两个密封面采用采用 API Plan 53基本的背靠背双端面密封工作原理基本的背靠背双端面密封工作原理基本的背靠背双端面密封工作原理基本的背靠背双端面密封工作原理如果外侧密封失效，无法维持密封液压力，泵必须停止使用如果外侧密封失效，无法维持密封液压力，泵必须停止使用密封改

21、造方案一隔离液必须与被密封工艺介质相容隔离液必须与被密封工艺介质相容方案53A外设加压隔离液储罐提供洁净的液体给密封腔，循环由内部泵效环完成，隔离液储罐的压力高于被密封工艺液体的压力。此方案的优点是隔离工艺流体，实现工艺流体零泄漏，常应用于危险、有毒、脏的或含颗粒的流体。密封改造方案一方案53B由外部加压系统为双端面密封的外侧提供隔离液。带压的气囊蓄能器提供压力给循环系统，流动由内部泵效环来维持，循环系统中的热量由换热器冷却。此方案的优点是隔离工艺流体，实现工艺流体零泄漏；具有带压补液系统；常应用于危险、有毒、脏的或含颗粒的流体。密封改造方案一方案53C由外部加压系统为双端面密封的外侧提供隔离

22、液。增压器提供压力给循环系统，流动由内部泵效环来维持，循环系统中的热量由换热器冷却。此方案的优点是隔离工艺流体，实现工艺流体零泄漏；密封腔压力随动于介质流体的压力；常应用于危险、有毒、脏的或含颗粒的流体。密封改造方案一方案54利用外部系统向密封腔提供洁净有压冲洗液，循环液通过外部泵或压力系统使隔离液强制循环。此方案的优点是可以有效控制危险介质的泄漏；可以保证压力源的稳定，比53A的气体压力源更加可靠。密封改造方案一方案31是介质从泵出口引出切向进入旋液分离器，介质中固体颗粒被分离出来并从旋液分离器底部引到泵入口回到泵中。清洁的液体从旋液分离器顶部出来进入密封腔，对密封进行冲洗冷却，提高密封的使

23、用寿命。为保证颗粒的分离效果，介质中颗粒的密度应比液体的密度大一倍以上。PLAN31PLAN31PLAN31PLAN31密封改造方案一密封改造方案二密封布置：密封布置：3NCFB/BB/FF（双端面干气密封）外压式双端面干气密封（适用于各种不含固体颗粒介质）外压式双端面干气密封（适用于各种不含固体颗粒介质）注入缓冲气注入缓冲气(氮气氮气)(要求比腔内介质压力高要求比腔内介质压力高0.2MPa以上以上)圆弧槽圆弧槽圆弧槽圆弧槽泵壳(大腔体)泵壳(大腔体)密封改造方案二适用范围：温度:-60C-200C压力:真空 4MPa g转速:500 3000 rpm适用范围：温度:-60C-200C压力:真

24、空 4MPa g转速:500 3000 rpm密封改造方案二小泵腔结构小泵腔结构适用范围：温度:-60C 200C压力:真空 1.5MPa g转速:500 3000 rpm介质：含少量固体颗粒工况（浓度可达5%）适用范围：温度:-60C 200C压力:真空 1.5MPa g转速:500 3000 rpm介质：含少量固体颗粒工况（浓度可达5%）密封改造方案二洁净、干燥气体进入圆弧槽将气体向下游泵入密封面端面开启密封改造方案二接触式机械密封接触式机械密封最大温升：最大温升：106C干气密封干气密封最大温升：最大温升：2C转速转速:1800 rpm压力压力:34.5 bar g39.2 39.539

25、.840.040.3 40.6 41.03853.2688399114129密封改造方案二双端面（PLAN 74）双端面干气密封系统图双端面干气密封系统图（冲洗：介质干净可以关掉；介质脏需保留）（冲洗：介质干净可以关掉；介质脏需保留）n GBI:隔离气进入隔离气进入n GBO:隔离气排放隔离气排放(常关常关)密封改造方案二密封改造方案三密封改造方案三密封布置：密封布置：2CWCW（串联无压集装式多弹簧型机械密封）方案52外部容器为无压双端面密封的外部密封提供冲洗缓冲液，循环液通过内部泵效环维持，容器通常连续向蒸汽回收系统排气并且维持压力低于密封腔压力。此方案的优点是相对单封，串联密封具有更高的

26、安全性。密封改造方案三密封改造方案三基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理靠介质润滑密封靠介质润滑密封密封承受全部压力密封承受全部压力内侧密封内侧密封注意介质可能污染缓冲液注意介质可能污染缓冲液密封改造方案三靠洁净的缓冲液润滑靠洁净的缓冲液润滑外侧密封外侧密封缓冲液压力比较低缓冲液压力比较低基本的串联密封工作原理（基本的串联密封工作原理（基本的串联密封工作原理（基本的串联密封工作原理（API Plan52API Plan52）密封改造方案三一般内侧密封先失效一般内侧密封先失效缓冲液压力升高缓冲液压力升高外侧密封作为二次密封外侧密封作为二次密封密封仍然可以维持一段时间密封仍然可以维持一段时间基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理基本的串联密封工作原理密封材料配置：密封材料配置：有毒有害类密封改造方案有毒有害类密封改造方案P105氨升压泵GA352谢谢大家！