泵用干氣密封的選型和應(yīng)用-0828

1、泵用干氣密封的選型和應(yīng)用徐上峰干氣密封技術(shù)在離心式壓縮機等高速流體機械上已獲得了廣泛應(yīng)用，在泵、反應(yīng)釜等低轉(zhuǎn)速設(shè)備上的應(yīng)用也正在開展。目前石油化工生產(chǎn)裝置中用量最大的泵是離心泵, 而離心泵最常用的軸端機械密封形式為單封或者雙封。對于普通的接觸式機械密封, 在選型合理、安裝使用正確、工況良好的情況下，其使用期一般不低于一年；對于一些比較苛刻的使用條件, 如介質(zhì)易汽化易揮發(fā)、高速、高壓、高溫、低溫等工況, 機械密封的使用期更短。由于石油、石化行業(yè)中輸送的介質(zhì)多為易燃易爆有毒介質(zhì)，機械密封多采用雙端面或者串聯(lián)式機械密封，檢修機械密封等會造成工業(yè)介質(zhì)以及緩沖液的大量流失，造成環(huán)境污染。目前石油、石化等

2、工業(yè)向無污染、長周期、低能耗、高效益的方向發(fā)展, 要求離心泵的機械密封實現(xiàn)密封介質(zhì)的零泄漏、無污染、長壽命; 而石油、石化工業(yè)中泵送流體大多具有易燃、易爆、劇毒、污染嚴(yán)重等特點, 一些情況下普通的接觸式機械密封難以達到上述要求, 干氣密封就以其自身的特點滿足了一些苛刻工況的要求。一 . 干氣密封的原理干氣密封采用“以氣封氣”或“以氣封液”來實現(xiàn)工藝介質(zhì)的零逸出和零泄漏 ; 與傳統(tǒng)的接觸式機械密封相比, 具有摩擦功耗低、使用壽命長、工作可靠性高、輔助系統(tǒng)簡單、沒有環(huán)境污染、運行維護費用低等一系列優(yōu)點。泵用干氣密封在結(jié)構(gòu)上與普通機械密封顯著不同的是: 動、靜環(huán)密封端面較寬 ; 在動環(huán)或靜環(huán)端面上加

3、工出特殊形狀的流體動壓槽, 如螺旋槽 , 槽深一般在310 m之間。當(dāng)動環(huán)高速旋轉(zhuǎn)時，動環(huán)或靜環(huán)端面上的螺旋槽將外徑處的高壓氣體向下泵入密封端面間, 氣體由外徑向中心流動, 而密封壩節(jié)制氣體流向中心,于是氣體被壓縮引起壓力升高, 在槽根處形成高壓區(qū)。端面氣膜壓力形成開啟力,在密封穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時, 該開啟力與由作用在補償環(huán)背面的氣體壓力和彈簧力形成的閉合力平衡，密封保持非接觸、無磨損運轉(zhuǎn)，其氣膜厚度一般維持在23仙mi如果出現(xiàn)某些擾動因素使密封間隙減小, 此時由螺旋槽產(chǎn)生的氣膜壓力將增大, 引起開啟力增大, 而閉合力不變, 密封間隙將增大, 直到恢復(fù)平衡為止; 反過來 , 如果出現(xiàn)某些擾動因素使密封

4、間隙增大, 此時由螺旋槽產(chǎn)生的氣膜壓力將減小, 引起開啟力減小, 而閉合力不變, 密封間隙將減小, 密封將很快再次恢復(fù)平衡。干氣密封的這種抵抗氣膜間隙變化的能力稱之為氣膜剛度。 雖然泵用干氣密封的氣膜 間隙很小，但氣膜剛度很大，比液膜潤滑機械密封的膜剛度要大得多。 二.泵用干起密封常用配置方案API 682的軸封系統(tǒng)，在 API682中，干在石油化工廠中，離心泵一般采用 起密封主要有以下幾種布置方式：Plan72方案配置如下：FLOWSERVE1 - drain 2 - ventA - coalescing filterB - regulatorC - pressure indicatorD

5、pressure switch (lowE orificeF - flow indicatorG - flow switch (high)H - check valveinlet3 - gas inlet, normally open4 - filter drain; normally closedPlan72方案帶有過濾器和調(diào)壓閥，為無壓的干氣密封提供干凈和穩(wěn)定的氣 源，一般和Plan75或者Plan76配合使用；當(dāng)?shù)诙烂芊鈸p壞或者過濾器堵塞， 第一道密封和第二道密封之間的壓力下降，壓力開關(guān)報警；當(dāng)?shù)诙烂芊獠糠謸p壞，氮氣泄漏量增大但是不會造成壓力下降的情況下，流量開關(guān)會報警，但是一般情況

6、下不會出現(xiàn)這種情況，流量開關(guān)可以不選用Plan74方案配置如下:1 - upset drain, normally closedN lied2 - gas inlet, normally open3 - filter drain, normally closedA - coalescing filterB - regulatorC - flow irtdi'&atorD - flow switch (high)E - pressure switch (lew)F - pressure indicatorG - check valveFLOWSERVEpressure switc

7、hindicator五 reservoir located Apressure indicatordrain, normally closedisloationvalvevent,normallyopenorificeCT level switch (high)Plan74方案為市壓的干氣餐'封，自市過濾器和調(diào)壓閥，當(dāng)餐'封損壞時，氮 氣大量泄漏，壓力開關(guān)和（或）流量開關(guān)報警。Plan75方案配置如下：FLOWSERVEPlan75萬案可以單獨使用，但是一般和Plan72萬案配合使用。Plan75萬案 配有集液罐，用于接受從密封泄漏出來的不揮發(fā)液體， 并且配有液位開關(guān)。在主 密

8、封失效時，會有大量介質(zhì)泄漏出來，造成兩道密封之間的壓力升高，如果介質(zhì) 不易揮發(fā)還會造成集液罐內(nèi)的液位升高，壓力開關(guān)和液位開關(guān)報警。Plan76配置如下:FLOWSERVEodrain, normally closedvent, normallyopendrain, normally closedorifice 0 pressure indicator£ pressure switch (high)二Plan76方案可以單獨使用，但是一般和Plan72方案配合使用。Plan76方案 主要用于輸送介質(zhì)中不帶液的情況下，當(dāng)主密封泄漏時，會有大量介質(zhì)泄漏出來， 造成兩道密封之間的壓力升高，壓

9、力開關(guān)報警。常見的干氣密封有以下幾種配合使用：Plan72+75,適用于輸送介質(zhì)可能帶液的工況，從第一道密封泄露出來的少 量液體一部分被氮氣帶到火炬管網(wǎng)，不能蒸發(fā)的部分在下部積液罐中儲存，進行 定期排放。Plan72+76適用于輸送飽和蒸汽壓高、易汽化介質(zhì)的工況，從第一道密封泄 露出來的少量液體進入密封之間就迅速氣化，進入火炬管網(wǎng)。上述兩種方案類似于機械密封的 Plan52方案。Plan74方案適用于輸送介質(zhì)不能泄漏的情況，類似于機械密封的 Plan53A 方案。但是此方案不適用于輸送介質(zhì)溫度太高的情況，由于 Plan74方案氮氣耗 量非常小，如果泵送介質(zhì)溫度很高，可能會造成密封腔內(nèi)壓力升高，

10、造成壓力開 關(guān)的誤報警。三.泵用干氣密封的適用工況及優(yōu)越性干氣密封在以下的工況下有非常優(yōu)越的使用性能：i.在輸送易汽化介質(zhì)的情況下在輸送易汽化介質(zhì)的時候，當(dāng)少量介質(zhì)從機械密封部分泄露出來后，容易在機械密封部分汽化，造成機械密封的兩個密封干磨，降低機封的使用壽命。此種情況下使用干氣密封，在主密封（濕密封）和第二道密封腔之間的也有一定的背壓，抑制從主密封泄漏出來的介質(zhì)汽化，有利于第一道濕密封的長時間穩(wěn)定運行。例如，在天津100萬噸/年乙烯裝置中C2綠油洗滌 泵 GA-405A/B,輸送介質(zhì)：C2,入口壓力：1.871MPa （G）,入口溫度-28.1 C, 汽化壓力1.855MPa （G）;選用密

11、封方案：Plan11+72+76。這種配置方案相對于常規(guī)適用的Plan11+52 方案， 不僅配置簡單，而且也可以顯著增加密封的使用壽命，減少檢修次數(shù)，降低生產(chǎn)成本。2 .維護方便，相對于雙封的機械密封系統(tǒng)（Plan52或者Plan53）方案，干氣密封維護起來比較方便環(huán)保。干氣密封方案只需要連接一根或兩根氮氣管線就可以實現(xiàn)對介質(zhì)的密封。例如上述的應(yīng)用實例，如果配置Plan11+52 方案， 則不僅需要配置復(fù)雜的封液系統(tǒng)，還需要定期補充風(fēng)液，維護工作量大；而使用干氣密封只需要連接一根氮氣管線就可以了，配管和維護都十分方便。但是對于輸送介質(zhì)溫度較高的工況，仍然應(yīng)該冷卻第一道密封（使用Plan21

12、、 Plan23 或 Plan02方案），以防止密封面溫度過高，損害機械密封。3 .當(dāng)泵送介質(zhì)屬于劇毒介質(zhì)，一般應(yīng)該采用帶壓得雙封方案（Plan53）,但是在某些情況下，不允許雙封的隔離密封液泄漏至泵的內(nèi)部以污染介質(zhì)，這樣就可以采用帶壓的干氣密封方案（ Plan74） 。 由于氮氣一般不容易溶解于石油化工行業(yè)里的大部分介質(zhì)里面，可以在下游的工序中方便的分離。例如： 烏石化 100 萬噸/年P(guān)X裝置中苯產(chǎn)品泵P-2553A/B,輸送介質(zhì)：苯，入口壓力：0.43MPa （ G）, 入口溫度40C,汽化壓力0.025MPa（G）。選用密封方案：Plan74。在這種情況下使用 Plan74 的干氣密封

13、方案，一方面可以保證劇毒的介質(zhì)零泄露，不會污染環(huán)境和危害操作人員的身體健康，另一方面即使有極少量的氮氣混入介質(zhì)，也很容易和介質(zhì)分離，不會污染介質(zhì)。4 . 一些間歇操作的泵，也比較適用干氣密封方案。例如一些放置在污油罐上的液下泵， 一般為間歇操作，軸封的沖洗既不能使用泵送介質(zhì)（污油有可能由顆粒物），也不適合使用外沖洗（由于間歇操作，外沖洗液不能長期提供）。如果采用干氣密封方案Plan74,在消耗及其微量的氮氣情況下（0.020.03m3/h ）就可以實現(xiàn)軸封的長時間使用，防止儲罐內(nèi)的有害物質(zhì)不會泄漏至空氣中。例如： 青島大煉油加氫裂化液下泵。四.結(jié)論經(jīng)過多年的發(fā)展，泵用干氣密封技術(shù)已經(jīng)取得了很大

14、的進步，在某些工況下獲得了很成功應(yīng)用，下面對干氣密封的選用原則作一下總結(jié)：1 .泵用干氣密封技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，基本上大部分適用雙封的場合都可以使用干 氣密封，在技術(shù)上來講都是可行的。2 .如文中所列，泵用干氣密封有一些非常適用的工況，這種情況下優(yōu)先推薦使 用干氣密封方案。3 .干氣密封在下面的一些情況下不宜使用a）泵轉(zhuǎn)速較低，這樣形成的氣膜剛度不夠，容易損壞機械密封；b）對于一些輸送高溫介質(zhì)的工況也不宜使用 Plan74方案，容易造成密封的 誤報警；如果對于主密封有充分的冷卻，也可使用 Plan72+75和 Plan72+76的密封方案；c）輸送易聚合介質(zhì)的情況不能使用干氣密封，密封的螺旋槽極易被泄漏出 來的聚合物損害；4 .另外如果泵震動較大，干氣密封也容易損害，這就要求配管和土建要充分考 慮減少泵的