含杂质CO₂干气密封运行工况点物性参数计算及密封温度场分析

摘要

在“碳达峰、碳中和”背景下，二氧化碳（CO₂）捕集利用与封存（carbon capture, utilization and storage,CCUS）技术作为减少CO₂排放的最有效策略已成为世界关注的热点。针对应用于CCUS技术中的离心式压缩机，以螺旋槽干气密封为研究对象，含杂质CO₂为润滑介质，基于EOS–CG（equation of state for combustion gases and combustion gas-like mixtures）模型获得干气密封运行工况范围内含杂质CO₂混合物密度、焓值、声速及焦耳–汤姆逊系数等热力学参数；考虑实际气体效应、黏温压效应、阻塞流效应、离心惯性效应及润滑介质与密封端面间的对流换热，采用有限差分法耦合求解雷诺方程、能量方程及密封环热传导方程，获得含杂质CO₂干气密封压力场、温度场、开启力、泄漏率等稳态性能参数。结果表明：当温度一定时，密度随压力的增大而增大，焓值、焦耳–汤姆逊系数随压力的增大而减小；当压力一定时，密度随温度的增大而减小，焓值随温度的增大而增大，在较低压力区域，声速随温度的增大而增大，焦耳–汤姆逊系数随温度的增大而减小；当密封进口压力为12 MPa、进口温度为380 K、转速为15 000 r/min时，含杂质CO₂干气密封出口压力为1.9 MPa，气膜进出口温差约为23 K，密封环端面内外径温差约为10 K；以转速、进口压力、进口温度为变量时，气膜温度、密封环端面温度随转速、进口温度的增大而增大，随进口压力的增大而减小；开启力随转速、进口压力、进口温度的增大而增大；泄漏率随转速、进口温度的增大而减小，随进口压力的增大而增大。

关键词

CO₂捕集利用与封存 / 含杂质CO₂ / 物性参数 / 干气密封 / 温度场