干气密封的类型及应用范围

目前干气密封主要用于压缩机、泵和搅拌釜等设备上，相应的按其使用主机也分为压缩机用干气密封、泵用干气密封和搅拌釜用干气密封。

一、压缩机干气密封

干气密封最早应用于压缩机的轴端，按其结构主要分为单端面、双端面和串联干气密封。

1. 单端面密封

单端面干气密封主要用于中低压条件下，允许少量工艺气泄漏到环境中的场合，典型结构如图13-7所示。此结构也可用于不允许产生泄漏的场合，此时需要把泄漏气引到火炬或排气口接口。在这种情况下主要的泄漏气与隔离气一起被输送到火炬或排气口。如果输送的气体介质含有杂质，介质必须被过滤后才能通过密封气输送到密封腔。这样过滤的介质从密封腔流向叶轮侧，从而阻止杂质从叶轮侧进入密封。单端面干气密封的应用范围为：温度-60~200°C; 压力≤2MPa; 线速度≤180m/s。应用领域主要用于对环境无害的中性介质工况，如二氧化碳压缩机、空气压缩机、氮气压缩机等。

2. 双端面干气密封

当没有火炬可以排放泄漏介质时，但具有可以提供合适压力的密封气时，可以使用双端面密封结构，如图13-8所示。双端面密封是一种有效地防止介质气体逃逸到周围环境中的密封结构。它包括隔离气体和密封气，密封气是在两道密封之间输入一个比介质压力高的气体。一般密封气的压力比介质压力高0.2~0.3MPa密封气体一部分泄漏到大气，另一部分泄漏到介质中。

此种密封的应用范围为：温度-60~200°C; 压 力≤2MPa; 线速度≤180m/s应用领域主要包括工艺气不允许泄漏到大气侧，但允许少量密封气泄漏到机内的工况，可用于炼油装置中的催化、焦化富气压缩机，化工装置的低压氯 气压缩机等。

3.串联式干气密封

压缩机用串联干气密封按密封中是否有迷宫密封分为无迷宫串联干气密封、 带中间及前置迷宫的串联式干气密封。

(1) 无迷宫串联干气密封

无迷宫串联干气密封结构是一种操作可靠性较髙的干气密封结构，如图13-9所示。它本体结构简单且仅需要一个相当简单的气体支持系统。典型应用是介质气体少量泄漏到大气中是容许的工况。在串联结构中，两个单端面密封被前后放置形成两级密封。介质侧密封（ 一级密封）和大气侧密封（ 二级密封）都能够承受全部压力差。在一般的操作中，介质侧的一级密封承受了全部压差。介质侧一级密封和大气侧二级密封之间的泄漏（一级泄漏气）通过接口引到火炬。大气侧二级密封所承受的压力与火炬压力相同 ，因此介质泄漏到大气侧和到排气口的量几乎为零。此结构使用过程中，当主密封失败时，大气侧二级密封可作为安全密封承担密封能力，保证介质不会泄漏到大气中。

此种密封的应用范围为 ：温度-60~200°C; 压力≤10MPa; 线速度≤180m/s 应用领域主要包括天然气管线压缩机等。

(2) 带中间迷宫的串联式密封

如果工艺介质不允许泄漏到大气中和缓冲气体不允许泄漏到工艺介质中，此时串联结构的两级密封间可增加迷宫密封，如图13-10所示。典型的应用是不允许介质泄漏到大气中，如氢气压缩机，硫化氢气体含量较高的天然气压缩机（酸性气体），和乙烯 、丙烯压缩机。此种结构的密封工作时，工艺气体的压力通过介质侧一级密封被降低。泄漏的工艺气体通过接口一级泄漏气排到火炬。大气侧密封通过接口被缓冲气体（二级密封气，一段内氮气或空气）加压。缓漏冲气体的压力保证有连续的气流通过迷宫到火炬的出口。

此种密封的应用范围为：-60~200°C; 压力≤10MPa; 线速度≤180m/s 适用于既不允许工艺气泄漏到大气中，又不允许阻封气进人机内的工况。

(3) 后置隔离密封

压缩机干气密封和轴座之间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人轴承油侧。后置隔离密封一般采用迷宫密封，如图 13-11(a) 所示，也可选择碳环密封，如图 13-11( b) 所示。迷宫密封的特点是结构简单，安装方便。迷宫后置隔离密封，单侧氮气消耗≥8.5m³• h-1, 密封寿命理论上无限。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，但现场安装和维修稍显麻烦。碳环式后置隔离密封，单侧氮气消耗≤1.7m³• h-1，正常运行密封寿命超过5年。

二、 泵用干气密封

离心泵输送的介质为液体。根据不同工况条件， 可采用以下几种干气密封形式。

1. 泵用双端面干气密封

双端面干气密封可以用在绝大多数离心泵的轴端密封上，采用 “ 气体阻塞” 替代传统的“液体阻塞”，即用带压密封气替代带压密封液，保证工艺介质实现“零逸出”，如图13-12所示。泵用干气密封整套密封非接触运行，其功率消耗仅为传统液体双端面密封的5% , 使用寿命比传统密封长5倍以上。泵用干气密封结构简单的支持系统，保证工艺介质不受污染及工艺介质不向大气泄漏，彻底摆脱了传统双端面机械密封对润滑油系统的依赖。密封气采用工业氮气或压缩空气，其压力高于被密封介质0.15~0.2MPa泵用双端面干气密封的不足之处在于需要保证一定压力的气源 ，有微量气体进入工艺系统。泵用双端面干气密封适用于气源压力稳定 、泵入口压力不高 、工艺上允许有少量密封气进入的场合，尤其适用于有毒液体的密封，可以做到介质零逸出，密封使用寿命长，可达3年以上。

2.泵用串联式干气密封

泵用串联式干气密封为干气密封与接触式机械密封串联使用，机械密封为主密封，干气密封为次密封，如图 13-13所示。干气密封与主密封间通入密封气（ 一般为氮气），保证主密封具有一定背压 ，减小了主密封的工作压差，极大地延长主密封的使用寿命。主密封泄漏的易挥发工艺介质随密封气排入火炬，不易挥发介质排入泄漏收集罐定点排放，保证工艺介质不向大气泄漏，是一种环保型密封。主密封失效后，干气密封短时间内起到主密封作用，防止工艺介质向大气大量泄漏。该类密封使用寿命取决于机械密封的使用寿命，一般在2~3年左右。该类密封对密封气压力要求不高，即使密封气中断，干气密封也不会损坏。泵用串联式干气密封的不足之处是该密封还不是完全意义上的干气密封，其总体性能介于机械密封和干气密封之间。泵用串联式干气密封适用于泵入口压力高的轻烃类介质，如乙烯 、丙
烯 、丙烷 、甲烷 、乙烷 、 氨水等及介质中不允许氮气进入的场合。

三 、 搅拌釜用干气密封

搅拌釜的特点：转速低、轴摆动大、压力高。搅拌釜密封最常用的是填料密封和机械密封。填料密封由于使用寿命短，介质泄漏大，目前已逐渐淘汰。搅拌釜用机械密封一般采用双端面机械密封，密封腔中通入高于介质压力的阻封液，对密封进行冷却冲洗。由于工艺的原因，很多搅拌釜不允许润滑油、水等常用的阻封液进入流程，这就使得机械密封的使用受到限制，或者工艺不得不降低要求，允许少量异物进入工艺流程。低速干气密封，可在0-500r.mim-1转速范围内应用，为搅拌釜轴封提供了更好的选择。它极大地提高了密封的使用寿命，降低了搅拌釜的维修费用。搅拌釜用干气密封一般采用双端面结构，密封腔中通入密封气（ 一般为氮气），密封气压力高于介质 0.2MPa 左右。密封运行中，仅有微量密封气进入工艺流程。搅拌釜用干气密封使用寿命一般在3~5年左右，如图13-14所示。