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螺桿壓縮機的干氣密封技術

文檔作者：姚鳳娟文檔來源：江蘇金桐表面活性劑有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年04月03日
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2017·03 技術應用與研究 Chenmical Intermediate 21
當代化工研究
螺桿壓縮機的干氣密封技術
＊姚鳳娟
（江蘇金桐表面活性劑有限公司 江蘇 210000）
摘要：本文主要介紹了干氣密封的基本結構、工作原理、以及在本單位循環氫氣壓縮機中的應用。結合干氣密封在氫氣螺桿壓縮機中的
應用實例，介紹了干氣密封的具體流程、影響因素及操作參數。
關鍵詞：干氣密封；循環氫氣壓縮機；阻封氣；緩沖氣；操作參數
中圖分類號：T 文獻標識碼：A
Dry-gas Seal Technology of Helical-lobe Compressor
Yao Fengjuan
（Jiangsu Jintong Surface Active Agent co., ltd, Jiangsu, 210000）
Abstract：In this paper, it mainly has introduced the basic structure, working principle of dry-gas seal and its application in the circulating
hydrogen compressor of this unit. Combined with the application cases of dry-gas seal in hydrogen helical-lobe compressor, it has introduced the
concrete procedure, influencing factors and operation parameter of dry-gas seal.
Key words：dry-gas seal；circulating hydrogen compressor；gas prevention and seal；cushion gas；operation parameter
1.干氣密封概述
干氣密封是近年來才得到廣泛應用的一種新型非接觸式
密封。1969年，英國約翰克蘭公司在氣體潤滑軸承的基礎
上提出干氣密封理論并開始從事干氣密封的研究，之后的很
長一段時間，歐美發達國家才開始逐漸制造和使用，而直到
九十年代，干氣密封才在我國得到較廣泛的應用。通過不斷
的研究和改進，目前干氣密封技術應用越來越廣泛，在許多
場合也逐漸替代傳統的機械密封，已經發展成為氣體壓縮機
的主流密封方式。
該密封利用密封氣體與工藝氣體之間的壓力差來達到密
封，且容許通過一定的間隙產生一最小的泄漏量，不影響系統
中運動件的旋轉運動。干氣密封在其動環密封面上開設動壓
槽，使高速旋轉的動環與靜環之間產生薄薄的氣膜，而達到密
封面的非接觸運行。在非接觸密封中沒有密封與運動部件之間
的摩擦，因此不存在磨損。這樣的密封具有設計結構簡單、耐
用、運行可靠的顯著特點，并且幾乎可以不用維修保養。
干氣密封用“氣體阻塞”替代傳統的“液體阻塞”原
理，即用帶壓密封氣替代帶壓密封液，保證工藝介質實現“
零逸出”。與機械密封相比，干氣密封具有如下優點：
干氣密封機械密封
發明時間1975年1900年
工作原理
氣體潤滑，屬于
非接觸式密封
液體潤滑，屬于接觸式密封
使用壽命4-5年1年左右
功率消耗
是機械密封的5%
左右
與密封軸徑、轉速有關
輔助系統
輔助系統簡單、
可靠性高，使用
中不需要維護，
無功率消耗
密封油系統復雜，需要專用密封油泵
及密封油壓力控制系統，對密封油壓
控制要求嚴格；密封油系統故障率較
高，日常維護成本高
對工藝影
響程度
密封介質為工藝
氣體本身或者氮
氣，對工藝介質
無任何影響
密封介質為潤滑油，密封油泄漏進入
工藝流程后會對后續工藝產生極大影
響，甚至破壞工藝造成停產
對環境污
染程度
僅有微量氮氣往
大氣泄漏，對環
境無任何污染，
是環保型密封
有密封油或工藝介質泄漏，對環境有
一定的污染，泄漏量過大時對生產帶
來較大安全隱患
運行費用
一次性投入大，
運行成本極低
一次性投入小，運行成本高
2.干氣密封基本結構
如下圖所示，典型的干氣密封包括動環、靜環、定位
環、推環、O型圈、鎖緊套、彈簧、彈簧座等幾個部件。靜
環與彈簧相連并靠彈簧力與固定在轉子上的動環緊密配合。
工作時，動靜環之間形成一層氣膜，與彈簧作用力相平衡，
這樣便實現了非接觸式密封。
靜環
動環組件
軸套
定位環鎖緊套
O型圈
推環
彈簧
彈簧座
圖1 典型干氣密封結構示意圖
3.干氣密封工作原理
干氣密封動環密封面之所以能夠與靜環之間形成一定厚
度的氣膜，是因為其密封表面經過研磨、拋光處理，并加工
有特殊的槽型結構，典型的有阿基米德螺旋槽、直線槽、圓
弧槽、T型槽等。如圖2所示。
萬方數據
Chenmical Intermediate
22 當代化工研究 技術應用與研究 2017·03
干氣密封動環與轉
子固定，隨著轉子轉動，
密封氣體被送至動壓槽根
部，而密封壩和密封堰則
會阻止氣體的流動，從而
使氣體進入到動靜環之間
的密封面，氣體被壓縮，
壓力升高，當氣體壓力與
作用在密封面上的閉合力
（彈簧力和介質力）相
平衡時，就形成了一層
薄而穩定的氣膜，氣膜
厚度一般3μm左右，動靜環之間產生微小的間隙，彼此互不
接觸。
干氣密封動靜環工作時會保持一個比較穩定的間隙，受
到干擾時具有自我平衡能力。
正常工作時，氣膜厚度保持在設計工作間隙，此時作
用在密封面上的閉合力（彈簧力和介質力）等于氣膜反力。
當氣膜厚度減小時，則氣膜反力則會增大，那么氣膜反力
就會大于閉合力，迫使動靜環工作間隙增大，恢復到正常值。
同理，當氣膜厚度增大時，則氣膜反力則會減小，那么
閉合力大于氣膜反力，受彈簧壓力和介質力的作用，動靜環
密封面間隙減小恢復到正常值。由此可見，干氣密封工作間
隙穩定，抗干擾能力強。
4.干氣密封在循環氫氣壓縮機中的應用
(1)干氣密封典型結構
干氣密封現已得到廣泛的應用，根據工作環境、工作介
質及工藝環境要求等可以選擇不同的結構密封形式。典型的
結構形式主要有：單端面、雙端面、串聯式、帶中間迷宮的
串聯式干氣密封等。
(2)循環氫氣壓縮機的干氣密封形式
本單位LAB裝置循環氫氣螺桿壓縮機（K-301）采用的
是帶中間迷宮密封串聯式干氣密封。串聯式干氣密封是高速
壓縮機軸封中采用得最多的一種密封形式；密封采用串聯結
構，主密封承受全部工作壓力負荷，次密封作為保護密封在
低壓下運行。主密封和次密封之間有迷宮密封相隔。主密封
失效后，次密封可起到主密封的作用，保證機組安全。
K-301的軸封，在陰陽轉子兩端先是各有兩組浮動式石
墨環密封，初步阻止工藝介質氫氣向軸承端的泄漏，然后是
串聯的干氣密封，如下圖所示。K-301主密封氣體為氫氣，
保證了工藝介質不被污染，次密封氣體為氮氣，不會對工藝
介質產生影響，也能保護潤滑油不被污染。其結構如圖3所
示。
(3)循環氫氣壓縮機密封氣操作參數
取實際生產過程中的干氣密封系統的統計數據與設計量
做對比。
裝置里的阻封氣來自另外一臺小型壓縮機的出口（阻封
氣設有緊急連鎖裝置，當阻封氣壓縮機出現故障時，氮氣會
自動供應，將阻封氣切換為氮氣），供氣壓力0.7~0.8MPa。
經減壓閥減壓后，分離不凝氣，然后經過凈化過濾才送入機
組?，F場阻封氣壓力記錄的是減壓閥后的壓力，后續分離和
凈化過程還有壓降，因此把這些考慮在內，阻封氣壓力與設
計要求的0.31MPa還是很接近的。緩沖氣氮氣則是由氮氣總
管引支管提供，供氣壓力約0.59MPa，經減壓至0.21MPa送
入機組。由以上數據得知，本裝置K-301在生產過程中，密
封氣的實際壓力和流量都與設計要求值接近，干氣密封系統
運行良好。
(4)操作參數對干氣密封性能的影響
那么這些參數的波動會對干氣密封造成怎樣的影響呢？
據上一節對干氣密封的介紹，干氣密封的性能主要體現其使
用壽命和密封效果上面。影響干氣密封密封效果的直接因素
就是干氣密封運轉時密封面間形成的工作間隙。密封元件結
構參數（例如動壓槽形狀、深度、長度、寬度等）是定值，
設計時已取最佳值。因此密封操作參數是影響干氣密封性能
的關鍵因素。
若密封氣壓力過低，或低于介質氣體壓力，很明顯就不
能阻止H2向外泄漏；若密封氣流量過低甚至不連續，則可能
導致動靜環密封面之間很難形成穩定厚度的氣膜，導致動靜
環密封面摩擦損壞，干氣密封失效。同樣。若密封氣壓力過
高，首先對密封元件的性能要求就會很高，而且會導致密封
面間隙大，密封效果反而差，密封氣壓力適宜即可，而不是
越高越好；若密封氣流量過大，則說明動靜環密封面間隙變
大，此情況也為不正常狀態，或是動靜環密封面磨損，或是
彈簧失效，泄露量增大。
由此可見，控制密封氣的流量和壓力在合理范圍內是保
證干氣密封性能的重要條件，因此，在生產過程中我們需嚴
格控制各參數，密切觀察個參數的變化來判斷干氣密封系統
的運行情況。
結語
通過對循環氫氣螺桿壓縮機干氣密封的結構和原理的了
解，一方面可以對壓縮機干氣密封操作參數更好的理解和控
制，另一方面有利于判斷密封故障或者失效的原因，從而找
到快速解決的方法，減少損失，盡快恢復正常生產。
?【參考文獻】
[1]張劍慈.干氣密封的特性及應用,2004.
[2]壓縮機干氣密封技術.百度文庫.
[3]徐灝主編.密封.
[4]李桂芹,王玉華.壓縮機干氣密封基本原理及使用分析.
[5]胡國楨,石流主編.化工密封技術.
?【作者簡介】
姚鳳娟（1990~），女，江蘇金桐表面活性劑有限公司；研究
方向：過程裝備與控制工程。
((責任編輯李田田)
圖2 動環密封面動壓槽形式簡圖
(a)
(c)
(b)
(d)
圖3 帶中間迷宮密封的串聯式干氣密封示意圖
一級密
封氣進
二級密
封氣進
中間迷
宮密封
內側石墨
環密封一級密封二級密封
介質側
軸承側
一級密
封氣出
二級密
封氣出

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