干气密封原理

大唐国际发电股份有限公司干气密封技术交流约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司刘鸿卿2009年5月讨论提纲ƒ干气密封典型结构及材料ƒ干气密封工作原理ƒTM02、28AT系列干气密封ƒ28XP高压干气密封ƒ82后置隔离密封ƒ干气密封主要特征讨论提纲ƒ干气密封的极限工作能力ƒ干气密封现场失效分析ƒ干气密封的试验程序ƒ干气密封控制系统ƒ干气密封的气体调节单元ƒ制氮系统干气密封典型结构及材料干气密封典型结构弹簧座(410S.S.)弹簧(哈氏合金C)推环(410S.S.)腔体(410S.S.)轴套(410S.S.)波纹带或定位环(蒙耐尔K-500或4F)压紧套(410S.S.)静环(碳石墨)(Cranite2000)动环(WC或SiC)干气密封材料ƒ旋转环－碳化钨/碳化硅ƒ静止环－碳石墨/Cranite2000（特种材料，克兰专利）ƒ金属件－410不锈钢/316不锈钢/哈氏合金/其它ƒ弹簧－哈氏合金Cƒ密封圈－氟橡胶、硅橡胶、聚合物密封圈等干气密封的工作原理工作原理单向螺旋槽双向螺旋槽JohnCrane动环槽形单向螺旋槽旋向气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙密封坝双向螺旋槽旋向气体向中心泵送气体受压，压力升高，产生间隙密封坝工作原理正常间隙压缩膨胀气膜压力分布弹簧力+流体压力SP闭合力FC开启力FOFC=FO气膜压力分布弹簧力+流体压力SP闭合力FC开启力FOFCFO间隙增大工作原理工作原理气膜压力分布弹簧力+流体压力SP闭合力FC开启力FOFCFO间隙减小干气密封主要特征干气密封主要特征ƒ允许最大轴向窜量通常为+3mmƒ允许最大径向跳动通常为+0.6mmƒ能在全压下启/停ƒ极低的工艺气泄漏ƒ能承受速度和压力的快速变化ƒ由于非接触的特点，密封寿命高ƒ省去了庞大封油系统。减少新机器的成本。„集装式设计易安装，保护关键密封组件„大大减少了计划外维修费用和生产停车。„避免了工艺气体被油污染的可能性。„维护费用低，经济实用性好。„密封驱动功率消耗小。„防止了润滑油系统的污染干气密封主要特征TM02、28AT系列干气密封TM02、28AT系列干气密封——图片单端面干气密封—TM02B单端面干气密封—TM02Bƒ单端面布置适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况。ƒ如:CO2机、氮压机等。双端面干气密封—TM02Aƒ适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许阻封气（例如氮气）进入机内的工况。ƒ适用于工艺气比较脏、不稳定或者存在负压的危险。ƒ要求控制阻封气体的压力使其始终维持在比工艺气体压力高0.2-0.3MPa。ƒ如:富气压缩机等。双端面干气密封—TM02A串联式干气密封—TM02Cƒ适用于不允许外界其它气体进入工艺介质，但允许少量工艺气泄漏到大气的工况。ƒ通常两级，一级密封承担全部压力，二级密封备用。ƒ通常应用在改造机组上。串联式干气密封—TM02C带中间进气的串联式干气密封—TM02Dƒ适用于既不允许工艺气泄漏到大气中，又不允许阻封气进入机内的工况。ƒ用于酸性、腐蚀性或易燃、易爆、危险性大的介质气体，可以做到完全无外漏。ƒ需另引一路氮气作为第二级密封和中间迷宫间的使用气体。带中间进气的串联式干气密封—TM02D串联式干气密封—28ATT-28XP高压干气密封干气密封：AT与XP比较介质侧聚合物密封圈推环28XP介质侧28ATO环推环干气密封：AT与XP比较ƒ防止由于O环摩擦使密封卡滞ƒ没有快速减压造成O形环爆裂问题ƒ质保期长ƒ密封圈不象O形环可能被化学侵蚀（抗腐蚀性好）ƒ适应静环在高压下的变形量28XP串联式干气密封28EXP串联式干气密封约翰克兰部分高压业绩ƒ最高密封压力450bar（单级压差）ƒ密封压力＞350bar30套ƒ密封压力＞300bar60套ƒ密封压力＞200bar200套82后置隔离密封碳环隔离密封轴承侧气封侧隔离气二级放空轴承放空迷宫隔离密封隔离气轴承放空二级放空隔离密封的比较ƒ碳环密封－单侧N2消耗1.7Nm3/h－密封寿命超过5年－浮动密封可防止安装损坏ƒ迷宫组－单侧N2消耗8.5Nm3/h－密封寿命理论上不可预测－安装中易损坏梳齿密封的操作极限TM02系列干气密封操作极限ƒ密封开启压力@n=0RPM,约7BarGƒ密封开启速度△p=0,约0.6m/s（以轴径计算）ƒ密封轴向窜动+3.0mmƒ密封径向跳动+0.6mmƒ振动－密封可承受机组振动联锁值范围内振动ƒ密封反转－没有损伤的短时间反转可接受，但应避免，需停车解体检查－可使用双向密封设计ƒ密封反压（串级密封火炬气倒灌）－不允许，必须保证密封端面的正压差TM02系列干气密封操作极限ƒ低速盘车－不影响密封性能，建议按旋向盘车ƒ密封液体污染－少量液体污染可以接受，但应避免ƒ密封颗粒污染－避免固体颗粒、脏物进入密封面(过滤器后管路需处理洁净）TM02系列干气密封操作极限干气密封现场失效分析80%以上的密封失效是由密封被污染引起的。污染源1.机组工艺气2.密封气源3.润滑油其他失效原因1.密封反转2.机组喘振3.密封供气系统故障(压力中断、带液),引起密封失效4.现场误操作5.密封反压6.仪表或阀门失效干气密封试验程序试验设备公司建有5座试验台，其转速达36000r/min，压力达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。原装引进JohnCrane28AT\28XP试验台动平衡试验装置装配室及拆解室试验工装干气密封试验规范（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.确认试验干气密封控制系统控制系统实物JohnCraneMonobloc集成控制系统JohnCraneTiming不锈钢面板式控制系统控制系统三维设计控制系统功能ƒ气体过滤ƒ气体控制ƒ泄漏监控控制系统功能过滤控制干气密封监控气体控制系统干气密封测控系统是为干气密封提供良好的运行环境，使密封运行在最佳设计状态；同时对干气密封的运行状况进行监测，一旦密封失效能及时报警，使操作人员能及时准确地作出判断。根据干气密封结构的不同，干气密封测控系统一般分为以下几种形式：ƒ单端面干气密封测控系统ƒ双端面干气密封测控系统ƒ串联干气密封测控系统典型的干气密封控制系统(TM02B)典型的干气密封控制系统(TM02A)典型的干气密封控制系统(TM02C)干气密封的气体调节单元－GCU设计压缩机状态：运行中压缩机出口处的工艺气体过滤器FIFI工艺气体外部气体过滤后的工艺气体压缩过程使工艺气温度超过露点压缩机状态：停车过滤器FIFI没有密封气流动可能导致密封污染、损坏没有压缩过程,工艺气温度下降至露点或以下，这将破坏密封腔内的液体构成.气体调节单元（GCU）设计：标准－解决干气密封的污染问题分离器/凝聚过滤器增压器压力容器（缓冲罐）驱动气体入口密封气入口流量开关调节后的密封气体供给控制面板驱动气体出口增压器旁路干气密封的气体调节单元（GCU）SFS仪表风或氮气调节后的气体进入控制面板增压器控制压力容器/加热器分离器/预过滤器气体增压器加热器控制板密封气源自动或手动排放专利申请中流量开关干气密封的气体调节单元（GCU）—分离/预过滤器（knockout）•密封气体进入容器•固体和自由液体由隔板隔开、去除•雾化液体由凝聚过滤元件除去•干净气体从该容器排出分离/预过器密封气源自动或手动排放专利申请中气体相图分析－确定气体的露点气体相图分析－确定气体的露点TypicalExportCompressorGasAnalysisPhaseDiagram020406080100120-200-180-160-140-120-100-80-60-40-20020406080100120Temperature,°CPressure,Bar(a)DewLineBubleLineExpansionFrom81Bar(a),85°CExpansionFrom81Bar(a),65°CExpansionFrom81Bar(a),45°CExpansionFrom81Bar(a),25°CExpansionFrom81Bar(a),-5°C保证没有冷凝物形成的最低气体温度干气密封的气体调节单元（GCU）—压力容器/加热器调节后的气体进入控制面板来自分离器来自分离器//预过预过滤器的干净气体滤器的干净气体•干净气体进入压力容器/加热器•气体预加热至设定温度•使用加热控制器将出口气体温度保持在预设水平•为了防治随压力下降控制系统中的液体冷凝，设定加热器出口温度高于冷凝温度专利申请中加热器控制面板压力容器/加热器干气密封的气体调节单元（GCU）——增压器（增压器（boosterbooster））仪表风或氮气调节后的密封气进入控制系统来自分离器来自分离器//预预过滤器的干净气体过滤器的干净气体SFS增压后的干净气体进入压力容器/加热器•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、预热的气体进入控制系统专利申请中增压器增压控制器流量开关干净的经增压加热后的气体去增压控制器GCUGCU－安装－安装FIFI调节后的密封气过滤器密封保护密封保护FSS增压器分离/预过滤器密封气源加热控制面板压力容器/加热器自动或手动排放增压器（流量开关）压缩机出口的工艺气体驱动气源NCNC制氮系统制氮系统制氮系统制氮系统ƒ短时间的氮气源不稳定，可以采用氮气瓶。ƒ长时间的氮气源不稳定或现场根本就没有氮气源，但有稳定连续的仪表风，可以采用制氮系统。介绍结束，谢谢！