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摘 要：分析研究离心泵干气密封失效泄漏的原因，讨论消除干气密封失效的措施，进而保证密封长周期安全运行。
关键词：离心泵 干气密封 失效 措施
干气密封是一种应用广泛的旋转轴动密封，密封使用寿命长、运行稳定可靠，密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右，彻底摆脱了对密封油的依赖，密封的安全性大大增加，可实现介质的零逸出，是一种环保型密封，密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护，适用于气源压力稳定、泵出口压力不高，工艺上允许有少量密封气进入的场合，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。
1干气密封工作原理及基本结构（以我车间P-39#泵为例PLAN11+72+75）
该干气密封为串联式结构，第一级为平衡型机械密封，介质为乙苯，入口压力0.4MPa，出口压力：0.8MPa，温度：<40℃，转速：2950r/min；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.07MPa左右。由于干气密封端面上加工有动压槽，只允许单向旋转，因此，该密封只能单向运转。
正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅助密封，干气密封主要有提高主密封背压，减少密封面的磨损，极大地延长了主密封的使用寿命，当主密封失效时，干气密封可以起到备用密封的作用，防止意外事故的发生。
2 干气密封失效原因分析
干气密封泄露量：
2.1一级机械密封泄露系统压力升高
机泵工艺条件变化引起一级机械密封失效系统压力出现高报。如泵抽空或汽蚀由于泵在启动前没有灌泵或者灌泵不充分、不满液或介质大量汽化，在性能上表现为出口压力趋近于零，摩擦副因干或半干摩擦而产生磨损失效。拆卸时发现动静环表面有环状沟纹、密封圈老化等现象。离心泵运转中产生汽蚀，水力冲击带动密封做迅速的轴向振动，使动静环及辅助密封等零件严重磨损。拆卸检查时发现，弹簧卡住、静环离位、辅助密封圈损坏、密封端面严重磨损及石墨环断裂的现象。其次，由于制造和安装精度等原因造成机泵振动过大，转子不平衡、泵与电机不同心，当振动加剧时，动静环之间分离，瞬间的分离在液膜压力作用下致使密封面开启，出现大量泄露，如果在这瞬间摩擦副附近介质中含有固体颗粒，进入密封端面间，会导致密封端面损坏。再次，一级机械密封是一种旋转轴向的接触式动密封。它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。如泵轴弯曲，运转时在机械密封安装处产生较大的挠度，使密封面之间的受力不均匀，导致一级密封发生泄漏，系统压力出现高报。
2.2二级干气密封端面磨损失效
以本车间P-39#泵机封故障为例分析：
P-39#泵在2013年1月17号开车两个小时后，干气密封收集罐排污阀打开后有少量介质流出，待泵运行一段时间后，无介质流出，静压时，二级泄漏正常（去火炬管线压力表读数0.07MPa）；运行时，二级泄漏异常（去火炬管线压力表读数0.01MPa）。同时，在故障发生后，现场人员对该密封去火炬管线拆开进行检查，未发现有石墨粉等异常情况。对旧密封拆开后进行检查，一级密封端面完好，证明主密封不存在问题；干气密封动、静环端面都有几圈很深的磨痕，且静环螺旋槽已基本磨平。
原因分析：
泵在长期备用中，而一级为机械密封，不能做到零泄漏，造成备用时渗透出来的介质沉积在泄露收集罐中（先经过氮气出口管线，最后进入到泄露收集罐中）。二级端面磨损分析为：由于为新改造机封，氮气管线为新配管线，最初安装时管线中的脏东西没有吹扫干净，导致后来运转时脏东西进入密封端面 。
二级密封端面正常为非接触式运行，两个端面之间间隙仅为1—2μm；脏东西进入端面后，造成端面磨损，破坏了气膜刚度；脏东西（颗粒）随动环一起旋转，长时间运行造成端面摩损严重，产生一圈一圈的很深磨痕，动环磨损严重使端面间隙增大，在运行中二级密封氮气经端面泄漏到大气中，造成二级泄露异常（去火炬管线压力表读数0.01MPa）。
附件
①干气端动环：动环磨损严重，且端面有很深的磨痕。（左）
②干气端静环：螺旋槽已经看不见。（右）
3 干气密封失效的纠防措施
二级密封的检测
密封在运作过程中，通过密封系统可对干气的密封系统的运行状态进行监控，正常情况下入口压力为0.2MPa时，出口压力大至为0.07MPa
若密封气出口压力表显示过低，表明外侧干气密封泄露过大
若干气密封腔出口压力表长时间显示高于0.07MPa，达到警戒压力0.12MPa压力变送器高报警，表明内侧主密封泄露量过大可视现场情况决定是否拆机。
如密封气管线压力表低于显示值过低，低于0.2MPa，达到0.15MPa时，表明密封气源压力过低，提醒操作者注意检查气源压力。
通过收集罐的液位计观察罐内容积，到达一定值时液位开关发出液位高报警，提醒操作者及时打开阀门向指定的排污容器排放。
开车前，泵放空时应将干气密封火炬管线上的截止阀关闭，待放空完成后再投用氮气（投用氮气前，需密封腔内有压力即保证泵入口阀打开），最后打开去火炬阀。
4 结语
干气密封在正常的操作条件下，干气密封不需要维护，只需对密封气出口压力和泄漏手机罐液位进行监测，建议每天记录数据，如压力值有不断增加的趋势，则预制着干气密封的主密封可能出现问题。综上干气密封使用过程中应注意：
密封气的气量供应应该充足，但是偶然的供气不足和断气，对该串联式干气密封的影响不会太大，若持续时间太长，将会影响干气密封的使用寿命。
密封的泄露，主要是通过检测单元的压力表来显示。压力值偶然变化较大时，这可能是由于工艺波动、轴的位移、压力、温度和速度波动所引起，不会影响密封的正常使用。然而压力表值的变化趋势可以预测到密封的问题。
在运行过程中，需保证介质的压力高于干气密封腔的压力，反压可导致主密封的损坏（注：禁止未灌泵即对干气密封腔内冲压）
（4） 少量的润滑油或其他液体进入干气密封端面，不会对密封造成危害，但应尽量避免该情况发生。
参考文献
[1] 企业标准Q/62160781-7·4-2009《干气密封》
[2] API614-99《石油化工和气体工业用润滑、轴封和控制油系统及其辅助设备》
关键词：离心泵 干气密封 失效 措施
干气密封是一种应用广泛的旋转轴动密封，密封使用寿命长、运行稳定可靠，密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右，彻底摆脱了对密封油的依赖，密封的安全性大大增加，可实现介质的零逸出，是一种环保型密封，密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护，适用于气源压力稳定、泵出口压力不高，工艺上允许有少量密封气进入的场合，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。
1干气密封工作原理及基本结构（以我车间P-39#泵为例PLAN11+72+75）
该干气密封为串联式结构，第一级为平衡型机械密封，介质为乙苯，入口压力0.4MPa，出口压力：0.8MPa，温度：<40℃，转速：2950r/min；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.07MPa左右。由于干气密封端面上加工有动压槽，只允许单向旋转，因此，该密封只能单向运转。
正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅助密封，干气密封主要有提高主密封背压，减少密封面的磨损，极大地延长了主密封的使用寿命，当主密封失效时，干气密封可以起到备用密封的作用，防止意外事故的发生。
2 干气密封失效原因分析
干气密封泄露量：
2.1一级机械密封泄露系统压力升高
机泵工艺条件变化引起一级机械密封失效系统压力出现高报。如泵抽空或汽蚀由于泵在启动前没有灌泵或者灌泵不充分、不满液或介质大量汽化，在性能上表现为出口压力趋近于零，摩擦副因干或半干摩擦而产生磨损失效。拆卸时发现动静环表面有环状沟纹、密封圈老化等现象。离心泵运转中产生汽蚀，水力冲击带动密封做迅速的轴向振动，使动静环及辅助密封等零件严重磨损。拆卸检查时发现，弹簧卡住、静环离位、辅助密封圈损坏、密封端面严重磨损及石墨环断裂的现象。其次，由于制造和安装精度等原因造成机泵振动过大，转子不平衡、泵与电机不同心，当振动加剧时，动静环之间分离，瞬间的分离在液膜压力作用下致使密封面开启，出现大量泄露，如果在这瞬间摩擦副附近介质中含有固体颗粒，进入密封端面间，会导致密封端面损坏。再次，一级机械密封是一种旋转轴向的接触式动密封。它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴线的密封端面紧密贴合、相对旋转，从而达到密封效果，因此要求两个密封面之间要受力均匀。如泵轴弯曲，运转时在机械密封安装处产生较大的挠度，使密封面之间的受力不均匀，导致一级密封发生泄漏，系统压力出现高报。
2.2二级干气密封端面磨损失效
以本车间P-39#泵机封故障为例分析：
P-39#泵在2013年1月17号开车两个小时后，干气密封收集罐排污阀打开后有少量介质流出，待泵运行一段时间后，无介质流出，静压时，二级泄漏正常（去火炬管线压力表读数0.07MPa）；运行时，二级泄漏异常（去火炬管线压力表读数0.01MPa）。同时，在故障发生后，现场人员对该密封去火炬管线拆开进行检查，未发现有石墨粉等异常情况。对旧密封拆开后进行检查，一级密封端面完好，证明主密封不存在问题；干气密封动、静环端面都有几圈很深的磨痕，且静环螺旋槽已基本磨平。
原因分析：
泵在长期备用中，而一级为机械密封，不能做到零泄漏，造成备用时渗透出来的介质沉积在泄露收集罐中（先经过氮气出口管线，最后进入到泄露收集罐中）。二级端面磨损分析为：由于为新改造机封，氮气管线为新配管线，最初安装时管线中的脏东西没有吹扫干净，导致后来运转时脏东西进入密封端面 。
二级密封端面正常为非接触式运行，两个端面之间间隙仅为1—2μm；脏东西进入端面后，造成端面磨损，破坏了气膜刚度；脏东西（颗粒）随动环一起旋转，长时间运行造成端面摩损严重，产生一圈一圈的很深磨痕，动环磨损严重使端面间隙增大，在运行中二级密封氮气经端面泄漏到大气中，造成二级泄露异常（去火炬管线压力表读数0.01MPa）。
附件
①干气端动环：动环磨损严重，且端面有很深的磨痕。（左）
②干气端静环：螺旋槽已经看不见。（右）
3 干气密封失效的纠防措施
二级密封的检测
密封在运作过程中，通过密封系统可对干气的密封系统的运行状态进行监控，正常情况下入口压力为0.2MPa时，出口压力大至为0.07MPa
若密封气出口压力表显示过低，表明外侧干气密封泄露过大
若干气密封腔出口压力表长时间显示高于0.07MPa，达到警戒压力0.12MPa压力变送器高报警，表明内侧主密封泄露量过大可视现场情况决定是否拆机。
如密封气管线压力表低于显示值过低，低于0.2MPa，达到0.15MPa时，表明密封气源压力过低，提醒操作者注意检查气源压力。
通过收集罐的液位计观察罐内容积，到达一定值时液位开关发出液位高报警，提醒操作者及时打开阀门向指定的排污容器排放。
开车前，泵放空时应将干气密封火炬管线上的截止阀关闭，待放空完成后再投用氮气（投用氮气前，需密封腔内有压力即保证泵入口阀打开），最后打开去火炬阀。
4 结语
干气密封在正常的操作条件下，干气密封不需要维护，只需对密封气出口压力和泄漏手机罐液位进行监测，建议每天记录数据，如压力值有不断增加的趋势，则预制着干气密封的主密封可能出现问题。综上干气密封使用过程中应注意：
密封气的气量供应应该充足，但是偶然的供气不足和断气，对该串联式干气密封的影响不会太大，若持续时间太长，将会影响干气密封的使用寿命。
密封的泄露，主要是通过检测单元的压力表来显示。压力值偶然变化较大时，这可能是由于工艺波动、轴的位移、压力、温度和速度波动所引起，不会影响密封的正常使用。然而压力表值的变化趋势可以预测到密封的问题。
在运行过程中，需保证介质的压力高于干气密封腔的压力，反压可导致主密封的损坏（注：禁止未灌泵即对干气密封腔内冲压）
（4） 少量的润滑油或其他液体进入干气密封端面，不会对密封造成危害，但应尽量避免该情况发生。
参考文献
[1] 企业标准Q/62160781-7·4-2009《干气密封》
[2] API614-99《石油化工和气体工业用润滑、轴封和控制油系统及其辅助设备》