干气密封基本原理及常见故障分析及应对措施

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,2005 John Crane Inc.,此文件包含约翰克兰知识产权内容，未经约翰克兰书面许可不得拷贝、泄露和传播,干气密封基本原理及常见故障分析及应对措施,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。,Major Components (Barrel Type),Casing,Inner Casing,Suction,Discharge,End Cover,Diffusers,Return Channels,Radial Bearing,Thrust Bearing,Seal,Shaft,Impellers,Balance Piston,干气密封的工作原理,干气密封基本原理,当端面外侧开设有流体动压槽（,2.5,10m,）的动环,旋转,时，流体动压槽把外径侧（称之为上游侧）的高压隔离,气体泵,入,密封,端面之间，由外径至槽径处气膜压力逐渐增加，而自槽径至,内径,处气膜压力逐渐下降，因端面膜压增加使所形成的开启力大于作用在密封环上的闭合力，在,摩擦副,之间形成很薄的一层气膜（,1,3m,）从而使密封工作在非接触状态下。所形成的气膜完全阻塞了相对低压的密封介质泄漏通道，实现了密封介质的零泄漏或零逸出。,干气密封典型结构及材料,干气密封基本原理,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。,旋转环,碳化钨 / 碳化硅,静止环,碳石墨/,Cranite,2000,金属件,410,不锈钢 / 316不锈钢 / 哈氏合金 / 其它,弹簧,哈氏合金,C,干气密封材料,静环材料（,Face,）,碳石墨,浸金属,(T28AT & XP),浸树脂,(,如强腐蚀性介质,),Cranite 2000 (,如高压,T28EXP),干气密封材料,动环材料（,SEAT,）,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,高压,(XP/EXP),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,碳化硅,抗腐蚀性好,易碎,怕磕碰、易缺边,干气密封材料,单向螺旋槽,双向螺旋槽,工作原理,John Crane,动环槽形,其他公司的专利槽形,Burgmann,Flowserve,单向,V,型槽,双向,U,型槽,双向,T,型槽,干气密封与机械密封的本质区别,-,气膜,人的头发,静环,动环,气膜厚度,3-5 um,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,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,螺旋槽及气膜的形成,气体向中心泵送,最初双向螺旋槽,T28,单向螺旋槽,Speed = 14,500 rpm,6.625 in O/B Seal,气膜刚度,（形成的气膜所具有的弹性）,-,单向螺旋槽,v,双向螺旋槽,改进型,双向螺旋槽,最初的双向螺旋槽,单向螺旋槽,6.625 in,密封直径,CSTEDY,计算 气膜厚度,雷列台阶,改进型双向螺旋槽,单向螺旋槽 与 改进型双向螺旋槽（,5.687”,）泄漏量与压力关系曲线,单向槽与双向槽的比较,单向槽：螺旋槽、,V,型槽,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、,U,型槽、,T,型槽,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。,推荐：优先采用单向槽，特殊情况双向槽。,工作原理,(,正常间隙,),闭合力,开启力,压缩,膨胀,气膜厚度约,0.003mm,弹簧力,和背压,工作原理,(,间隙减小,),闭合力,开启力增加,气膜刚度：气膜开启力的变化与膜厚变化的比值,气膜刚度越大，密封工作越稳定。,工作原理,(,气膜厚度增加,),闭合力,开启力减小,干气密封常见故障及应对措施,干气密封常见故障,1.,密封反转以及低速工况。,2.,后置隔离密封失效,外侧密封被污染。,3.,压缩机前置迷宫失效,密封污染。,4.,开停车处理不当,密封污染。,5.,正常运行时,过滤系统失效,密封污染。,6.,密封供气系统故障,(,压力中断、带液,),引起密封失效。,7.,压缩机振动过高造成密封失效。,8.,现场误操作。,9.,端面反压。,10.,仪表失效。,1.,密封反转以及低速工况。,密封反转即压缩机反转，对于双向旋转的干气密封来说不会瞬间损坏干气密封，但对于单旋向干气密封来说，由于无法形成气膜，摩擦副贴合在一起短时间即可磨损,应对措施：一方面尽可能靠近压缩机的吸入口和排出口安装单向阀，避,免压缩机出现过大的反向压差；另外一方面在压缩机充压时,避免逆向充压，充压时缓慢升压，使系统压力处于平衡状态。,低速工况即暖机时压缩机的升速以及压缩机停车时的降速，如果长时间低速工况，由于当压缩机转速低于某一值时（不同干气密封，密封开启转速不一样）摩擦副处于闭合状态，长时间及出现磨损损坏,应对措施：严格按照制造厂给定的升速曲线进行升速，一方面不要随意更,改升速曲线，保证低转速的运行时间；另一方面在工艺允许的,情况下，尽可能减少启停机次数。,2.,后置隔离密封失效,外侧密封被污染。,轴承油污染密封的方式, 液位（淹） 回油视窗回油波动明显，油量很大, 液滴（喷溅） 有一定的油量, 油雾（扩散） 油量很小,轴承油污染密封的原因,设计方面,轴承腔排空不畅,(,呼吸帽过滤网堵塞,), 气体设计流速低造成气量过小, 迷宫齿数或间隙不合适, 孔板设计过小, 系统控制问题,轴承油污染密封的原因,操作方面,氮气波动或供气中断,开停车操作顺序错误,误操作，如进气阀门被关闭等,轴承油污染密封的方式,应对措施：巡检时注意回油情况，提前发现处理,轴承回油管路不畅,轴承与密封距离太近,隔离气中断,隔离气中断，润滑油反窜到密封腔，密封严重污染，造成密封泄漏。,3.,压缩机前置迷宫失效。,干气密封的前置密封失效，导致一级密封气大量泄漏至缸体内，一级密封摩擦副反压而损坏,应对措施：控制压缩机的振动，如振动,超标，及时停机检修，避,免梳齿磨损；另一方面对,一级密封泄漏量要保持警,惕，对于密封泄漏量小时，,要及时分析判断原因。,梳齿磨损,4.,开停车处理不当,密封污染。,在对机组准备开车，进行充压前,必须先通过控制系统注入开车用密封气。避免工艺气反窜造成密封的污染。,在停车过程中，未及时切换气源，造成工艺气反窜污染密封。,在停车期间，因操作等原因造成密封污染。,应对措施：严格遵守操作规程进行规范操作,5.,正常运行时,过滤系统失效,密封污染。,密封气严重带液，超出过滤器处理能力。,过滤器堵塞后未及时切换，造成滤芯破损。,气源中含大量的细粉，其粒度小于过滤器的精度，超出了过滤器的处理能力，但因量大，对密封及系统均造成影响,。,应对措施：根据介质特性，及时进行相关检查，判断带液情况；严密关注过滤器压差值，对于压差异常的要及时检查清理或更换,6.,密封供气系统故障,(,压力中断、带液,),引起密封失效。,气源异常中断，在压缩机开车阶段，密封气采用外引密封气，一 旦中断，极有可能引起干气密封失效,应对措施：采取措施确保人员不要由于误操作，而引起气源中断，,设计时，尽可能采用独立供气气源，阀门设置清晰，,确保不容易引起误操作,密封气带液则极有可能破坏气膜，损坏干气密封,应对措施：对于容易带液的介质，确保其供气温度，或在入口设,置分液罐,7.,压缩机振动过高造成密封失效。,机组振动过高，容易引起气膜的不稳定，极易使动静环发生碰撞，很容易损坏,应对措施：对于振动超标要及时停机检修，避免事故扩大,8.,误操作。,误操作情况较多，比如误关阀门，误开阀门，未按规程进行流程切换和操作，内操经验不足，仅通，过单一参数判断下一步的操作，导致机组的联锁或损坏,应对措施：内外操操作人员要熟悉干气密封的各项控制参数，要,熟悉干气密封的原理，要掌握简单的故障判断和排除,方法，由于各个密封控制系统不尽相同，操作人员在,进行相关操作时，务必要内外操进行协同，切忌单方,面进行操作,9.,端面反压。,引起端面反压的情况较多，如二级密封注入量过大，火炬背压高，一级密封梳齿泄露量大、一级密封注入量小等,应对措施：熟悉干气密封的原理，对于现场出现的异常情况，准,确判断，及时进行相关调整,10.,仪表失效,仪表失效包括很多，仪表误报、仪表阀误动作，仪表阀波动等,应对措施：对仪表阀门、远传表提前进行调校，修正,PID,参数，确,保阀门、远传表好用,几点建议：,对密封控制盘站关键阀门悬挂“禁关”、“禁开”、“禁动”标识牌，避免误操作。,在现场控制盘的流量计表盘上标注额定流量，便于巡检时观察流量注入情况,在现场控制盘的所有就地显示表盘上标识“红、黄、蓝”色标,对于气源手阀，为了避免误关，除悬挂“禁关”标识牌外，可用铁丝等将阀门手柄进行捆绑，防止误操作,