前言

近年来，随着人们安全、环保意识的提高，对石油化工及煤化工等能源行业的生产运行提出了更高的要求。据不统计，在炼油化工、煤化工、制药等行业的生产装置中，因旋转机械的轴封泄漏引起的安全、环保事故占了非常大的比例，严重影响生产装置长周期、稳定、安全生产运行。因此，解决旋转机械轴封泄漏问题，特别是大型机组轴封向实现无泄漏、无污染、长寿命及运维费用低发展，已成为业内重要的共识和急需解决的问题。

随着20世纪60年代末气体润滑轴承技术的发展，一种新型的、可靠的、轴封技术——干气密封应运而生，它是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封，具有无介质泄漏、安全可靠、使用寿命长、功耗低等优点，在石油化工、煤化工等工业行业的离心压缩机等关键设备上得到广泛的应用。

然而在生产运行中，因干气密封控制系统的设计、选型及运行使用不到位，引起的干气密封泄漏、失效等故障屡见不鲜。因此依据生产装置的工艺操作工况及机组的运行情况，设计出一套可靠、合适的干气密封控制系统，对确保机组的长周期、稳定、安全生产运行起着举足轻重的作用。

1、干气密封基本结构及工作原理

1.1 干气密封基本结构

干气密封是一种气膜润滑的流体动、静压结合型非接触式机械密封。如图1-1所示，包含有静环、动环组件(动环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等零部件。干气密封的结构设计特点为在密封端面上开设动压浅槽,其转动形成的气膜厚和流槽槽深均属微米级,并采用润滑槽、径向密封坝和周向密封堰组成密封和承载部分。可以说是开面密封和开槽轴承的结合。

干气密封动压槽有单旋向和双旋向,一般单旋向为螺旋槽，双旋向常见有T型槽、枞树槽和U型槽。如图1-2所示，单旋向螺旋槽干气密封不能反转，反转则产生负气膜反力，导致密封端面压紧，致密封损坏失效。而双旋向枞树槽则无旋向要求，正反转都可以。单向槽相对于双向槽，具有较大的流体动压能，产生更大的气膜反力和气膜刚度，产生更好的稳定性。

1.2 干气密封工作原理

如图1-3，对于螺旋槽干气密封，其工作原理是靠流体静压力、弹簧力与流体动压力之间的平衡。当密封气体注入密封装置时，使动、静环受到流体静压力的作用。而流体的动压力只是在转动时才产生。如图1-2所示，当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力，而密封堰对气体的流出有抑制作用，使得气体流动受阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧力恢复平衡后，维持一Z小间隙，形成气膜，膜厚一般为3-5μm，使旋转环和静止环脱离接触，从而端面几乎无磨损，同时密封工艺气体。

1.3干气密封的类型

干气密封基本结构类型有单端面密封、串联式密封、带中间迷宫串联式密封和双端面密封。

（1）单端面密封

适用于没有危害、允使微量的工艺气泄漏到大气的工况。如N2压缩机、CO2压缩机、空气压缩机等。

（2）串联式密封

适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况。一般采用两级串联布置方式，一级为主密封，二级为备用密封。正常工况下，全部或大部分负荷由主密封承担，而二级备用密封不承受或承受小部分的负荷和压力降。泄漏的主密封工艺气被引入火炬系统燃烧，泄漏的极少量的工艺气通过二级密封由二级放空引入安全地带排放。当主密封失效时，二级备用密封起到辅助安全密封的作用，确保工艺气不大量外漏。

（3）带中间迷宫的串联式密封

它的结构特点为在串联式密封的两级之间加入迷宫密封结构。其中一级主密封气为工艺气，中压N2为开停机辅助气；二级密封和中间迷宫间、隔离气都使用氮气。当一级主密封失效时，二级密封起到辅助安全阻封和密封作用。适用于易燃、易爆、危险性大、不允许泄漏到大气中、也不允许阻封气进入到机内的工况。如氢气压缩机、CO压缩机、乙烯、丙烯压缩机等。

（4）双端面密封

双端面密封适用于没有火炬条件,不允使工艺气泄漏到大气中，但允使阻封气进入机内的工况。其结构布置相当于面对面布置两套单端面密封,有时两个密封共用一个动环。一般采用氮气作为阻塞气体，控制阻密封气（N2）的压力始终维持在比工?气体压力高于0.2～0.3MPa 。

2、离心式压缩机干气密封控制系统的组成

如图2-1所示，某离心式压缩机组干气密封系统流程简图,该机组干气密封控制系统由工艺气密封气系统、隔离气密封系统、放火炬及高位放空监测系统组成，其中密封气和隔离