摘要：在离心泵设计中，干气密封技术具有广阔的应用前景，对离心泵的性能产生直接影响。在本次研究中，本文针对干气密封技术原理展开分析，并结合某实际案例，对干气密封技术在离心泵上的应用方案进行阐述，希望为进一步完善离心泵性能奠定基础。

关键词：离心泵;干气密封;辅助系统

前言：离心泵是指通过叶轮旋转过程中所产生的离心力来输送液体的泵，能满足多种不同工况下的运行要求，而随着离心泵技术的完善与发展，传统的技术工艺难以适应未来行业需求，利用新技术来增强离心泵的功能已经得到相关学者的广泛关注，而干气密封技术的出现则充分满足了上述需求，值得重视。

1.干气密封技术原理分析

干气密封在实际上属于一种非接触式密封技术，通过“气封液或气封气”的概念来取代传统的“液封气或液封液”，因此从技术优势来看该技术可以避免密封介质溢出并降低运行成本[1]。从技术发展现状来看，干气密封技术已经在压缩机、离心泵等领域得到了广泛应用。并且该技术可以针对不同工况则可以通过多样化的干气密封结构来完善其功能，目前常见的密封机构主要分为：双端面密封、单端面密封以及串级干气密封等，而从技术应用范围来看，串级干气密封最为常见。该技术的主要特征为：第一级采用机械式主密封方法，而第二级则采用干气密封的模式，其中干气密封属于备用密封因此几乎不需要承受压力降所产生的影响，只有在主密封失效的情况下第二级密封才会发生相应的作用，避免工艺介质泄漏，具有更满意的效果。

以一个典型的干氣密封装置为例，因为在密封面上被设置了螺旋槽，再加之该螺旋槽的深度不足10，因此在密封旋转期间可以快速形成密封空间，促使周围的气体在力的作用下被吸入螺旋槽中，而此时气体的变化则会导致气体出现一个从外向内的运动变化过程，并且受到密封坝作用的影响，原本四溢的气体基本不会出现四散运动，但是会因为螺旋槽形状的变化而受到压缩等一系列作用的影响，所以在这种状况下槽根位置会快速形成高压区域，此时受到气压不平衡等因素影响会导致断面的气流发生改变并形成气膜，在气膜的作用下会进一步改变整个装置内部的气运状态，出现开启力，而在开启力的作用下，弹簧力与介质之间的闭合力平衡来实现非接触运转。

2.干气密封技术在离心泵上的应用实例分析

2.1案例背景

某公司装备了双支撑自吸泵，所输送的介质为急冷油，其中夹杂少量的杂质颗粒。入口压力0.25MPa，出口压力1.35MPa，密封腔压力为0.35MPa，运行温度为190℃，转速约为1500r/min。在早期运行中该装置使用了单端面大弹簧机封模式，但是因为存在运行温度高以及介质中夹杂杂质等因素影响，导致密封断面容易出现结焦问题，严重影响了运行效果。针对上述问题，该公司技术人员决定通过干气密封技术来完善该装置的功能。

2.2干气密封技术的设计方案

在该技术方案中针对该双支撑自吸泵的特征，在不调整泵整体结构的基础上通过双端面干气密封技术来完善其功能，该设计方案的特征为：（1）通过带压密封气来取代带压密封液，确保工艺介质“零溢出”。（2）以为使用非接触运行模式，因此设备的预计寿命周期可以达到2年以上。（3）具有简单的结构，并且能够改变传统工艺模式下对油系统的依赖。

在设计过程中根据装置的运行工况，将0.5MPa-0.6MPa的氮气从入口处引入泵腔内。此时因为外加氮气的压力始终处于较高水平，因为气体阻塞原理的密封作用，可以避免介质溢出。同时保留原泵的外加冲洗液可以快速冷却并隔离原有介质中的颗粒;在密封圈设计中使用了Kalrez，作为一种高耐温的全氟橡胶，在干气密封过程中可以进一步提升密封效果，设备每套密封在正常运行过程中向介质以及大气中的氮气泄露量被控制在0.2m3/h以内，具有可行性[2]。

在该装置中，干气密封动压槽被固定在动环断面上，出于对整个结构性能的考虑，该项目中的动环为SIC材料，该材料的优势明显，有硬度满意、热传导系数满意等优点;而在密封静环的设计上，在对各种材料进行评估后最终选择浸渍金属碳石墨材料，该材料的自润滑性能满意、能够适应不同温度下的运行要求。

2.3干气密封辅助系统的设置方案

在辅助系统设置中，该系统可以为干气密封提供长期稳定的保障，该企业所设置的辅助系统数量为“每3台离心泵使用一套辅助系统”，该辅助系统的关键点包括：（1）在干气密封系统运行过程中，密封面所形成的气膜厚度维持在3左右，密封气体中尺寸大于该尺度的颗粒会破坏原本封面，最终影响了使用年限。所以在辅助系统设置中，通过高精度过滤器来解决上述问题，该过滤器的过滤精度被控制在2以下，能够提升氮气清洁度，避免对其他装置造成破坏。（2）为避免氮气压力因为管网波动而出现异常，所以在辅助系统配置上，应严格控制压力变化，尤其是要确保氮气在压力平稳，所以在辅助装置设计中可以通过定期替换备用气源的方法进行调整，例如低于设定水平时自动进行气源切换。（3）在现场运行过程中，利用流量计观察密封泄漏问题，根据数据变化判断密封状态;若发现结果安全值则证明密封失效。

2.4干气密封系统的安装工艺

安装的重点工艺为：（1）在安装密封中需要彻底清理轴、轴套以及密封腔体、密封端盖，检查无杂物后才能进行安装，避免杂质进入密封空间内。（2）该密封只能进行单向旋转，并且在旋转前需要了解标注的箭头，确定轴旋转与密封旋转的轴向相同。（3）该密封采用了集装式结构，所以在安装过程中不需要调整高度，只需要将安装好的定位块取下并正确安放即可。

2.5效果评价

自2018年该装置密封改造至今，未发现轴封泄漏问题，干气流量基本平稳，在负荷无变化的情况下，系统的用电量下降，每年所节省的电量超过10万kW·h，取得预期效果。

结束语：干气密封在离心泵中的应用前景广阔，该技术的出现对于提高离心泵运行效率、减少电能消耗的意义重大，是一种科学有效的技术工艺手段，值得做进一步推广。

参考文献

[1]赵连元.干气密封在气分装置液态烃泵中的应用[J].石油和化工设备，2021，24（10）：123-126.

[2]张弼.增压氢压缩机干气密封故障原因分析[J].石油化工设计，2021，38（03）：10-13+4.