摘要：从理论上对干气密封的作用机理及影响干气密封性能的主要参数进行了研究。针对丙烷泵的工艺特点，设计制造出了适合轻烃类介质的串联式干气密封及控制系统，工业运行获得成功，极大地提高了丙烷泵的的性能。

一 、 概 述

在现代石油化工工业中，常用离心泵来输送各种饱和液化石油气体，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、液氨等。这些液化气绝大多数属于易燃、易爆的危险介质，一旦大量泄漏到环境中，将带来极大的安全隐患，对生产装置的安全造成严重的威胁。因此，这类液态烃泵轴封的可靠性和密封性在很大程度上决定了泵是否能可靠、稳定、安全地运行。

长期以来，在炼油行业中，丙烷泵的轴封问题一直是难以解决的课题。目前，该类离心泵一般采用单端面机械密封。在使用过程中，机械密封经常出现磨损严重、寿命短、突然的喷漏等状况，使用效果很不理想。由于密封频繁的产生故障，对装置的连续、稳定运行造成了较大的影响，甚至出现装置着火的安全事故。可以说，包括丙烷泵密封在内的各类轻烃机械密封几乎是各石化行业普遍存在的老、大、难问题。因此，解决此类机械密封的问题成为现场设备管理人员及密封工作者所面临的一个课题。

由于丙烷介质具有一些较独特的物理性能，采用传统的机械密封结构很难彻底解决丙烷泵的轴封问题。丙烷在泵内输送过程中，呈低沸点液体，该液体极其容易汽化，而且还具有低引火点、低粘度、高蒸汽压等特征。因为丙烷的这些特性，其机械密封的摩擦副端面难以形成和维持连续、稳定的流体膜，从而导致因流体膜汽化引起干摩擦，造成端面早期磨损。现场设备管理人员在长期的使用及维修过程中，可以发现发生泄漏的密封拆下后密封面通常有两种形态：一是端面几乎没有接触的痕迹，即丙烷介质在端面间形成了过大的液膜反力，将密封面推开，造成泄漏；另一种情况是载荷系数、弹簧比压过大，密封仅运行了很短时间即发生严重磨损，这些现象都是由丙烷介质本身特性造成的。

因此，如何改善丙烷泵机械密封端面润滑条件，防止密封端面液膜汽化即是解决丙烷泵密封的关键。本文将干气密封与机械密封的优势集中在一起，设计出的组合密封彻底解决了丙烷泵密封的难题，为解决丙烷等轻烃介质的轴封问题指明了方向。

二、干气密封的基本原理

（一）、干气密封基本原理
　　干气密封从外形结构上与机械密封相同，同样由动环 、静环 、弹簧 、密封圈以及弹簧座等组成。图 1 所示为干气密封环（可以是动环，也可以是静环）示意图，环密封面经过研磨、抛光，并在其上面加工有流体动压槽。
　　动、静环作相对旋转运动时，密封气体被吸入动压槽内，由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩，压力升高。在该气体膜压作用下，密封面被推开，与气体静压力、弹簧力形成的闭合力达到平衡。此时，流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜，（通过大量的理论研究与实践证明，此气膜厚度一般在3微米左右），气膜厚度十分稳定，并具有良好的气膜刚度，保证密封运转稳定可靠。

图1干气密封端面动压槽简图

在稳定状态下，作用在密封面上的闭合力（弹簧力和介质力）等于开启力（气膜反力），气膜处于设计工作间隙。
　　当发生工艺条件波动或机械干扰，使得密封面贴近，有接触的趋势，此时气膜厚度减小，刚度增大，气膜反力增加，迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值。
　　相反，若密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，密封面贴近恢复到正常值。
　　衡量干气密封稳定性的主要指标就是气膜刚度的大小，气膜刚度越大，表明密封的抗干扰能力越强，运行越稳定。
　　图2 表示了干气密封在运行状态下密封面上的轴向力平衡图。

图2 干气密封受力图

（二）、影响干气密封性能的主要参数
　　影响干气密封性能的参数分为结构参数和操作参数。端面结构参数对密封的稳定性影响较大，操作参数对密封的泄漏量影响较大。