一 气密封结构及工作原理
气密封是从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。与接触式密封相比，气密封的优点主要表现在：①省去了密封油系统及用于驱动密封油系统运转的附加功率负荷，密封功率消耗少，仅为接触式机械密封的5%左右；②避免工艺气体被油污染的可能性，密封使用寿命长、运行稳定可靠，大大减少了计划外维修费用和生产停车；③气密封的气体泄漏量小，可实现介质的零逸出，是一种环保型密封；④密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要特别维护。
根据具体工况，离心式压缩机常采用以下四种气密封结构：单端面气密封。单级气密封主要用于中低压条件下，允许少量工艺气泄漏到环境中的场合，如空气、氮气、一氧化碳等气体的密封。串联式气密封。串联式气密封是高速离心压缩机轴封中采用的*多的一种密封型式。密封气为工艺介质气，保证了工艺介质不受外来气体的污染，在串联结构中，两个单封被前后放置形成两级密封。介质侧密封（主密封）和大气侧密封（辅助密封）能够承受全部压力差。在一般的操作中，介质侧的密封承受了全部压差，大气侧密封所承受的压力与大气压力相同，因此介质泄漏到大气侧和排放气的量几乎为零。此结构在使用过程中，当主密封失败时，辅助密封可以作为安全密封，保证介质不会泄漏到大气中。带中间迷宫的串联气密封。典型的带中间迷宫的串联密封结构是不允许介质泄漏到大气中的，如H2压缩机、H2S含量较高的天然气压缩机（酸气）和乙烯、丙烯压缩机。双端面气密封。双端面气密封的密封气为外部引用的非工艺介质气体，密封气压力应高于工艺气体压力0.2～0.3MPa，适用于有毒、可燃或工艺中含有颗粒的气体，该类密封一般采用氮气作为阻隔介质。
二 气密封的改进设计
我国炼化企业早期的裂解气压缩机主要采用阶梯形密封和平齿密封方式，材质多为锻铝。压缩机内的介质是裂解气，裂解气中含有一定量的NaOH成分，在一定温度下铝和NaOH溶液将会发生化学反应，产生严重的腐蚀。铝的质地较软、强度较低，在加工密封齿尖时不宜做的很尖，而齿尖的宽度大小是决定密封圈的密封效果的一个关键因素，另外，用铝作密封材料时，密封齿两侧面一般都设计成斜面，这样的设计对密封也是不利的。
通过上述情况的分析，认识到：铝易与介质中NaOH溶液发生反应，寿命低；铝材质的强度较低，密封齿尖的宽度较大，密封效果不佳；梳齿密封的齿尖距离偏小，齿间的空腔容积小，密封效果差；因密封效果不佳，导致大量的高压介质外泄，机组功率降低。因此，从提高气密封材料抵抗碱液腐蚀的能力和机组效率出发，在*大限度的满足工艺生产要求的前提下，进行密封材质的优选和结构的改进设计，使气密封达到*佳效果。
1.密封材料的选择
裂解气内含有一定量的NaOH成分，在选取密封材料时要考虑到所选用的材料是否与介质发生化学反应，尽量选用那些不与介质反应的或很难与介质反应的作为密封构件的材料，只有这样才能确保密封的效果和密封件的使用寿命。目前，压缩机高压缸气封所用材质为LD5的高强度锻铝。这种材料在热状态下可塑性很大，易于锻造、冲压，可热处理强化，工艺性能较好，抗蚀性也较好，但有晶间腐蚀倾向，切削加工性和点焊、接触焊性能良好，电焊、气焊性能不好，可用于制造形状复杂的中等强度的锻件和冲压件，但这种材料在裂解气压缩机的密封方面已无法满足工况要求。因此，寻求一种比锻铝更适合的材料就成了解决裂解气压缩机密封问题的关键。比较一些较常用材料在特定工作环境下的抗腐蚀性能，镍合金是一种比较适合的材料。与LD5的物理性质相比（相关性能参数见表2），镍合金的强度完全可以满足结构设计的要求，且硬度不高，比一般轴的硬度（轴的表面硬度在HB268左右）低，即使在安装不当的情况下与轴产生碰磨，也不会划伤轴，且自身将在很短的时间内被磨圆滑。
这种材料还有个好处是粘附性差，在与轴碰磨时不会产生将密封齿撕裂的情况，磨损下来的粉末不会粘附在轴表面，可以保证密封副的寿命。只是这种材料价格比LD5要高一些，但综合考虑，仍不失为理想的选择。
2.密封结构的改进
2.1 密封方式的改进裂解气压缩机叶轮与轴端、隔板的密封形式分别属于阶梯轴密封与平齿密封，两种密封方式的密封机理是相同的，即同属于梳齿迷宫密封，由于隔板、轴端密封在运转的过程中存在结焦等一些不确定因素，因而采用梳齿迷宫密封。为了提高密封性能和容纳较多的结焦的颗粒，在设计新型梳齿迷宫密封时将密封的槽深加大及将直齿的密封形式设计成斜齿的密封形式，通过改进设计，密封腔室的环形面容积得到了进一步的加大，齿尖也较原来的铝齿的齿尖窄，这样就提高了气密封的容焦能力和密封性能。
2.2 密封圈配合形式的改进
（1）轴端密封圈的配合。轴端密封圈是整圈结构形式，径向尺寸过于紧凑，将圆周上的大面积的配合尺寸变成一环带的配合，这样可以在保证此处密封要求的前提下将安装的强度降低，且容易保证安装精度。
（2）轮毂、隔板密封圈的配合。叶轮、隔板密封圈的配合形式基本是一样的，采用两半式结构。由于有三处配合，这就对气封圈的加工和热处理要求很严，不管哪一处出问题都会对安装精度和密封结构的强度造成很大的影响。如果密封圈在轴向上因热应力去除不彻底或加工工序安排不当等造成变形将导致安装的无法进行，需要对三处的配合尺寸同时进行修配，密封间隙也无法保证。如果轴与机体的同心度产生误差，修配起来将是很费劲的，精度也是很难保证的。通过观察发现，密封结构真正起密封作用的是径向背面，在高压侧介质的压力下将密封圈的径向背面与壳体的相关面紧紧压贴在一起。
因此，只要将此处的密封圆周面的表面粗糙度和平面度加工到合适的精度就完全可以满足密封的要求。通过对原密封结构的分析，对叶轮、隔板密封圈的配合形式进行改造，以更利于装配和梳齿的密封，改进设计方案如图4所示。这种设计结构的特点是每圈气封圈是由等分的四瓣组成，在每瓣的后背弧面上设有3个柱状的弹簧，弹簧可将气封圈压向轴侧，结构形式如图5所示。改进设计可在保证密封的前提下将安装的强度降到*低，可将气封圈的变形所带来的安装误差降到*低，且在轴与机体偏心的情况下依然能很好地保证安装间隙的均匀性。这种结构的*大优点是在轴震动较大的情况下可有效地退让，将密封间隙的破坏量减小到*小，密封效果自然可达到*佳的状态。
三 结论
通过对裂解气压缩机气密封件材料的优选和结构改进设计的分析，得出以下结论：
1.与LD5锻铝相比，CZ100镍合金材料具有更多的优越性，是一种较好的选择。对于不同工况的密封结构，建议做更一步的试验，选择更为理想的材料。
2.斜齿式的新型梳齿迷宫密封结构密封槽加大，密封腔室的环形面积得到了进一步的加大，齿尖也较原来的铝齿的齿尖窄，不仅能容纳较多的结焦颗粒，还提高了密封性。
3.轴端密封圈采用整圈结构形式，在保证此处密封要求的前提下，将安装的强度降低，保证安装精度。
4.叶轮、隔板密封圈配合形式的改造，更利于装配和梳齿的密封，即使在轴震动较大的情况下也可有效地退让，减小了密封间隙的破坏量。
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