于業(yè)明帶壓雙密封的應用與壓力設(shè)定

1、 John Crane加壓雙密封的應用與壓力設(shè)定加壓雙密封的應用與壓力設(shè)定約翰克蘭科技（天津）有限公司約翰克蘭科技（天津）有限公司 總工程師總工程師 于業(yè)明于業(yè)明 2011 年年 10 月月 John Crane 內(nèi)容介紹內(nèi)容介紹加壓雙封的應用條件封液的選擇封液泄漏體積和補液間隔時間的計算封液系統(tǒng)壓力的設(shè)定加壓雙密封的應用與壓力設(shè)定加壓雙密封的應用與壓力設(shè)定 John Crane 加壓雙封的應用條件加壓雙封的應用條件lH2S 濃度超過濃度超過 1000 ppm John Crane 不加壓雙封的優(yōu)點不加壓雙封的優(yōu)點 John CraneQuestions to ask the customer

2、要向用戶提出的問題要向用戶提出的問題Heat dissipation required必需的熱消散，現(xiàn)場冷卻水狀況Temperatures- in, out, ambient 溫度-進、出、周圍環(huán)境Fluid characteristics - specific gravity, specific heat, viscosity （介質(zhì)、隔離液）流體特征-比重、比熱、黏度現(xiàn)場壓力氣源條件是否具備遠傳報警條件Process pressure工藝壓力What specifications apply有什么應用規(guī)范Power supply and area electrical classifica

3、tion 電源和電器區(qū)域分類 John CranenSafe to use, handle, store 使用，保存，處理安全使用，保存，處理安全nStable liquid at ambient temperatures 常溫下穩(wěn)定的液體常溫下穩(wěn)定的液體nNot a VOC, VHAP or other regulated compound非非VOC，VHAPnNon flammable 不易燃不易燃 或其他被管制的混合物或其他被管制的混合物nNon foaming when pressurized 被加壓時無泡沫被加壓時無泡沫nClean and good lubricity 干凈，潤滑性

4、好干凈，潤滑性好nCompatible with process fluid 和工藝流體兼容和工藝流體兼容nCompatible with seal materials 和密封材料兼容和密封材料兼容nGood heat transfer properties 熱交換性能好熱交換性能好nGood flow qualities at very low temperatures 低溫流動性好低溫流動性好nLow solubility of gas 對氣體的低溶解性對氣體的低溶解性nLocal availability 當?shù)乜梢垣@得當?shù)乜梢垣@得nLow cost 低成本低成本VOC : Volatil

5、e Organic Compound 揮發(fā)性有機化合物揮發(fā)性有機化合物VHAP : Volatile Hazardous Air Pollutants 揮發(fā)性有害氣體污染物揮發(fā)性有害氣體污染物How To Select Buffer / Barrier Fluid ? John Cranen The fluid should have an initial boiling point at least 10 C (50F)above the temperature to which they will be exposed.流體的沸點至少高于工作溫度流體的沸點至少高于工作溫度10 C n Ha

6、ve a flash point higher than the service temperature if oxygen is present. 在有氧環(huán)境中流體的閃點要高于工作溫度在有氧環(huán)境中流體的閃點要高于工作溫度n For service above 10C (50F), hydrocarbon barrier fluids having a viscosity below 100 cSt * at 38C (100F) and between 1 and 10 cSt at 100C (212F) have good experience. 在在38C時流體黏度應小于時流體黏度應小

7、于100cst，在，在100C時流體黏度應在時流體黏度應在110cst之間之間n The viscosity should be less than 500 cSt * at the minimum temperature to which it is exposed.流體在最低溫度下的黏度應低于流體在最低溫度下的黏度應低于500Centistokes(動力黏度）動力黏度）n For hydrocarbon streams, paraffinic based high purity oils having little or no additives for wear/oxidation re

8、sistance or synthetic based oils have been used successfully. 含有很少或不含抗氧、抗磨添加劑的石蠟基高純油或合成油都有成功使用的經(jīng)驗含有很少或不含抗氧、抗磨添加劑的石蠟基高純油或合成油都有成功使用的經(jīng)驗 n Anti-wear/oxidation resistant additives in commercial turbine oils have been known to plate out on seal faces.含有抗磨劑和抗氧化劑的透平油會在密封面上結(jié)膜含有抗磨劑和抗氧化劑的透平油會在密封面上結(jié)膜API 682 gui

9、des : How To Select Buffer / Barrier Fluid ? John Crane怎樣選擇隔離液？怎樣選擇隔離液？ John Crane封液泄漏體積和補液間隔時間的計算u輕烴工況中隔離液經(jīng)常使用7#10#白油， sg. =0.870.9 高溫油工況隔離液推薦使用Therminal55導熱油，sg. =0.875（在60）u加壓雙封隔離液每天最大正常泄漏量：24*2*5.6/1000sg. =0.31Lu低壓報警壓力大于介質(zhì)壓力10%且不小于1Bar（考慮開關(guān)精度）u隔離液壓力大于報警壓力10%且不小于1Bar （考慮開關(guān)死區(qū)精度、現(xiàn)場氣源條件、密封的PV值極限） A

10、PI Plan 53A 現(xiàn)場具備壓力氣源現(xiàn)場具備壓力氣源 John Crane封液泄漏體積和補液間隔時間的計算u3加侖封液罐補液間隔時間： 標準液位至報警液位容積(Sch10):1.58*1.62*/4=3.18L 氣室容積 (Sch10):0.139*1.63+1.68*1.62*/4=3.95L （補液間隔可略大于10天） 標準液位至報警液位容積(Sch40):1.58*1.562*/4=3L 氣室容積 (Sch40): 0.139*1563+1.69*1.562*/4=3.75Lu5加侖封液罐補液間隔時間 標準液位至報警液位容積(Sch10):1.57*2.112*/4=5.5L 氣室容

11、積 (Sch10):0.139*2.113+0.99*2.112*/4=4.77L 標準液位至報警液位容積 (Sch40): 1.515*2.032*/4=4.9L 氣室容積 (Sch40): 0.139*2.033+1.565*2.032*/4=6.23LAPI Plan 53A 現(xiàn)場具備壓力氣源現(xiàn)場具備壓力氣源 John Crane封液泄漏體積和補液間隔時間的計算API Plan 53A 現(xiàn)場不具備壓力氣源可以嗎？現(xiàn)場不具備壓力氣源可以嗎？u參考參考Plan53B的隔離液壓力設(shè)定，不考慮蓄能器預充壓力。的隔離液壓力設(shè)定，不考慮蓄能器預充壓力。u加壓后關(guān)閉充壓閥門加壓后關(guān)閉充壓閥門u補液間隔

12、時間取決于封液罐的補液容積和氣室設(shè)定壓力。補液間隔時間取決于封液罐的補液容積和氣室設(shè)定壓力。 3加侖封液罐補液間隔時間： 標準液位至報警液位容積(Sch10):1.58*1.62*/4=3.18L 氣室容積 (Sch10):0.139*1.63+1.68*1.62*/4=3.95L （當Pb=2Psl ，補液間隔可略大于10天） John Crane在哪里使用在哪里使用Plan53B？ Hazardous products such as Hydrofluric acid 危險的介質(zhì)例如氫氟酸 High pressure applications, eliminates nitrogen en

13、trainment 高壓應用時消除氣液混溶現(xiàn)象 API 682 限制了氮氣的最大壓力為10barg, 約翰克蘭建議只要隔離液溫度小于120， 最大氮氣壓力21barg Locations where cooling water is not available 現(xiàn)場沒用冷卻水條件The efficiency of the cooling finned tubes is best in a windy and cold climate. This makes the 53Mod suitable for North Sea/Offshore applications.翅片管的冷卻效果在多風和寒冷

14、環(huán)境中最好， 非常適合在北海/海上平臺上應用 John CraneAPI Plan 53B 的壓力設(shè)定u選用API Plan 53B：uSealol 在設(shè)定Plan53B隔離液壓力Pb中推薦: 當介質(zhì)壓力Pp10Bar, 隔離液壓力Pb=Pp+4Bar 當介質(zhì)壓力10Bar Pp30Bar, 隔離液壓力Pb=Pp+12Baru蓄能器預充壓力Pac為隔離液額定壓力的65%85% Pac=Pb* （65%85%）u蓄能器預充壓力舉例：當介質(zhì)壓力Pp10Bar 介質(zhì)壓力Pp=7.4Bar， 隔離液壓力Pb=Pp+4Bar=11.4Bar 蓄能器預充壓力上限Pac=Pp=7.4Bar 7.4/11.4

15、=64.9%蓄能器預充壓下限u當介質(zhì)壓力Pp7.4Bar，上述要求將不能全部滿足。解決的辦法： 1.推薦使用Plan53A。 2.降低隔離液壓力，補液間隔將縮短。 u報警壓力Psl高于密封腔處的介質(zhì)壓力12Bar。報警壓力Psl=Pp+12Bar John Crane封液泄漏體積和補液間隔時間的計算u選用API Plan 53B：u蓄能器預充壓力舉例：當介質(zhì)壓力10Bar Pp30Bar 介質(zhì)壓力Pp=15Bar， 隔離液壓力Pb=Pp+8Bar=23Bar 蓄能器預充壓力上限Pac=Pp=15Bar 15/23=65.2%接近蓄能器預充壓下限u當介質(zhì)壓力10BarPp30Bar, 隔離液壓力

16、Pb=Pp+12Baru設(shè)定隔離液壓力時還要考慮所選密封的PV值極限u報警壓力Psl高于密封腔處的介質(zhì)壓力12Bar。報警壓力Psl=Pp+12Baru密封端蓋設(shè)計壓力如果不能適應介質(zhì)最大工作壓力，要向用戶說明。 John Crane封液泄漏體積和補液間隔時間的計算uAPI 682 第4版將要求Plan53B的補液間隔時間不少于28天u氣體體積與壓強關(guān)系 P1*V1=P2*V2u加壓雙封隔離液28天最大正常泄漏量：0.31*28 = 8.6L 當選用蓄能器容量為40L： （40-8.6）/40=78.5%，蓄能器壓力可設(shè)定為75%Pbu 當前我們選用蓄能器容量為25L： 如果蓄能器壓力Pac=

17、0.75Pb，隔離液壓力Pb=Psl/0.75 則蓄能器補償量為：25*0.25=6.25L，補液間隔為 6.25/0.31=20（天） 如果蓄能器壓力Pac=0.7Pb，隔離液壓力Pb=Psl/0.7 則蓄能器補償量為：25*0.3=7. 5L，補液間隔為 7. 5/0.31=24（天） 報警發(fā)信之后，蓄能器至少還應有8小時以上的正常泄漏補償能力： 8*2*5.6/1000sg. =0.1L John Crane為什么要了解密封腔內(nèi)側(cè)介質(zhì)的壓力？nPressure limitation of mechanical seal 機械密封的壓力限制機械密封的壓力限制nDesign cooling

18、flow for mechanical seal 機封冷卻流量的設(shè)計機封冷卻流量的設(shè)計 John Crane1. 后蓋磨損環(huán)（口環(huán)）后蓋磨損環(huán)（口環(huán)） 葉輪平衡孔葉輪平衡孔有了這些特征，如果采用的又是有了這些特征，如果采用的又是API Plan 11 沖洗方案，密封腔壓力沖洗方案，密封腔壓力j僅高于入口壓力僅高于入口壓力23PSI。大多數(shù)懸臂流程泵在葉輪上做一個后蓋磨損環(huán)和一組平衡孔，以便平衡軸向力，降低軸承負載；大多數(shù)懸臂流程泵在葉輪上做一個后蓋磨損環(huán)和一組平衡孔，以便平衡軸向力，降低軸承負載；通常還在密封腔底部設(shè)置一個喉部襯套；通常還在密封腔底部設(shè)置一個喉部襯套；從這些特征就可估算出密封腔

19、的壓力值從這些特征就可估算出密封腔的壓力值。實際上，準確的壓力應是后蓋磨損環(huán)間隙、平衡孔的位置、尺寸的函數(shù)，我們可以近似的估計出：實際上，準確的壓力應是后蓋磨損環(huán)間隙、平衡孔的位置、尺寸的函數(shù)，我們可以近似的估計出：公式公式 1. 密封腔壓力密封腔壓力 = 入口壓力入口壓力 + 0.15 x （出口壓力出口壓力-入口壓力）入口壓力） John Crane2. 沒有后蓋板磨損環(huán)沒有后蓋板磨損環(huán), 沒有平衡孔沒有平衡孔公式公式 2. 密封腔壓力密封腔壓力= 出口壓力出口壓力考慮到這種結(jié)構(gòu)特征，我們在選擇沖洗方案時，應推薦考慮到這種結(jié)構(gòu)特征，我們在選擇沖洗方案時，應推薦API 13 。在較高的入口壓

20、力時，平衡孔所起的平衡軸向推力的作用就沒多大必要了，況且無助于提高水力效率。所以可以這樣估算密封腔壓力： John Crane3. 后蓋磨損環(huán)后蓋磨損環(huán), 沒有平衡孔沒有平衡孔當泵裝上后蓋磨損環(huán)后，就具有了喉部襯套的優(yōu)點；當泵裝上后蓋磨損環(huán)后，就具有了喉部襯套的優(yōu)點；一些泵公司的專家認為，這種結(jié)構(gòu)特征能使一些泵公司的專家認為，這種結(jié)構(gòu)特征能使（公式公式5）密封腔壓力至少比泵入口壓力高密封腔壓力至少比泵入口壓力高1.8公斤公斤 John Crane4 . 具有下圖示的全開式葉輪具有下圖示的全開式葉輪, 無后蓋磨損環(huán)，無平衡孔無后蓋磨損環(huán)，無平衡孔具有這種特點的葉輪可以取代平衡孔來平衡軸向力具有這

21、種特點的葉輪可以取代平衡孔來平衡軸向力. 這在符合這在符合ANSI標準的泵上很流行，標準的泵上很流行， 葉輪葉輪與后盤體之間的間隙對泵的水力效率至關(guān)重要；密封腔的壓力可以按如下公式估算：與后盤體之間的間隙對泵的水力效率至關(guān)重要；密封腔的壓力可以按如下公式估算：公式公式 3. 密封腔壓力密封腔壓力 = 入口壓力入口壓力 + C x （出口壓力出口壓力-入口壓力）入口壓力） C = 0.1 對最大葉輪直徑對最大葉輪直徑. C = 0.3 對最小葉輪直徑對最小葉輪直徑.入口壓力入口壓力: 15 psig, 出口壓力出口壓力: 250 psig密封腔壓力密封腔壓力 = 15 + 0.3 ( 250 -

22、 15 ) = 85.5 psig ( 對最小葉輪直徑對最小葉輪直徑)舉例舉例: John CraneDurco In line 達高管線泵達高管線泵5. 葉輪具有反向葉片葉輪具有反向葉片 ， 且?guī)в衅胶饪浊規(guī)в衅胶饪? 單級雙吸泵單級雙吸泵公式公式 4. 密封腔壓力密封腔壓力 = 入口壓力入口壓力 小間隙小間隙 John Crane6.雙級泵雙級泵6.1水平雙級泵 背靠背葉輪吸入端：密封腔壓力吸入端：密封腔壓力+泵進口壓力泵進口壓力另一端：另一端：公式公式6. 密封腔壓力密封腔壓力=進口壓力進口壓力+0.5（出口（出口-進口壓力）進口壓力） 6.2水平雙級泵 眼對眼葉輪吸入端：吸入端：公式公式6. 密封腔壓力密封腔壓力=進口壓力進口壓力+0.5（出口（出口-進口壓力）進口壓力）另一端：另一端：密封腔壓力密封腔壓力=泵出口壓力泵出口壓力 John CranenTo balance the