干气密封在工业泵上的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)黑龙江石油化工厂 作者:邓威

  我厂MEK车间的热媒泵P403 ,型号CHZE100 -250B ,输送介质为导热油。自1998 年装置开车以来,泄漏一直是我们力争解决的问题,和国内有名的波纹管密封厂家克隆密封、北碳密封、一正密封等公司联手攻关,一套密封安装上去最好的连续运行一个月就开始泄漏,一般的7、8 天就开始冒烟,一年下来仅密封费用一项就达到16 万多元,再加上维修卸压,泄漏造成直接经济损失10 多万元,严重威胁MEK车间的安全生产和环境卫生。

  经过对该密封的结构分析,发现主要问题在于该工艺介质(导热油) 在两个摩擦副端面之间积碳,部分外漏,在机封静环外面堆积,随着时间的推移,这种积炭逐渐加剧,最后和静环端面等高,这样一来就无形中改变了机封的PV 值而造成泄漏。

  成都一通科技有限公司的干气密封技术在工业泵上的成功应用解决了这一难题。该密封是利用流体动力学原理,通过在密封端面开设动压槽而实现密封端面的非接触运行,因此,密封摩擦材料不受PV 值的限制,与机械密封相比,干气密封的优点:(1) 使用寿命长,运行稳定可靠。(2) 密封功率消耗小,仅为接触式密封的5 %左右。(3) 与其它非接触式密封相比,干气密封气体泄漏量小。(4) 可以实现介质的零溢出,是一种环保型密封。(5) 密封辅助系统简单、可靠,使用中不需要维护。

  干气密封结构原理见图1 ,由旋转环、静环、弹簧、密封圈、以及弹簧座和轴套组成。图2 为干气密封旋转环示意图。

干气密封端面动压槽示意图干气密封结构示意图

图1  干气密封结构示意图  图2  干气密封端面动压槽示意图

  旋转环密封面经过研磨、抛光处理,并在其上面加工出有特殊作用的流体动压槽。干气密封旋转环旋转时,密封气体被吸入动压槽内,由外径朝向中心径向分别朝着密封堰流动。由于密封堰的节流作用,进入密封面的气体被压缩,气体压力升高,在该压力作用下密封面被推开,流动的气体在两个密封面间形成一层很薄的气膜(它替代了普通密封两个密封间的液膜) 。由气体动力学理论,当干气密封两端面间的间隙在2~3mm 时,通过间隙的气体流动层最为稳定,因此,气膜厚度一般选在3mm 左右,当气体静压力、弹簧力形成的闭合力与气膜反力相等时,该气膜厚度十分稳定。正常条件下,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) ,密封工作在稳定工作间隙,当受到外部干扰,气膜厚度减小,则气膜反力增加,开启力大于闭合力,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,密封面和干扰恢复到正常值,因此,只要在设计范围内,当外部干扰消失后,气膜厚度就可以恢复到设计值,因此抗抽空能力非常强。所以,干气密封的密封面间形成的气膜具有一定的气膜刚度,气膜刚度越大,干气密封抗抽空(干扰) 能力越强,密封运行越稳定可靠。

  干气密封的性能主要体现在密封运行的稳定性(即使用寿命) 和密封泄露量的矛盾上。影响干气密封泄漏量的直接因素就是干气密封的气膜厚度即干气密封运转时密封面间形成的工作间隙。

1、密封结构参数

  (1) 气密封的动压槽形状,对数螺旋槽产生的流体动压效应最强,用其作为干气密封动压槽而形成的气膜刚度最大,干气密封的稳定性最好。

  (2) 干气密封的动压槽深度和干气密封的动压槽深度与气膜厚度为同一数量级时,密封的气膜刚度最大。

  (3) 干气密封的动压槽数量、动压槽宽度,动压槽长度。

2、操作参数对密封泄漏量的影响

  (1) 密封直径越大,转速越高,密封环线速度越大,干气密封的泄漏量就越大。

  (2) 在密封工作间隙一定的情况下,密封气压力越高,气体泄漏量就越大。

  (3) 介质温度对密封泄漏量的影响是由于温度对介质粘度有影响而造成的,介质粘度增加,动压效应增强,气膜厚度增大,但同时流经密封端面间隙的阻力增加,所以温度、介质粘度对密封泄漏量影响不是很大。

  自2002 年10 月P403 改装使用干气密封以来,该泵的运行状态非常稳定,没有泄漏发生。该泵改造前后的运动状况见表1。

表1  改造前后该泵的运行状况

  由表1 可知,仅就节电一项,按全年300 天计算,节约资金约12 万元,虽然要求较高的洁净氮气供应系统增加了费用(约2 万元) ,但相比之下是微不足道的,密封氮气一部分进入导热油系统经放空排出,一部分直接排放到大气当中,不会对空气造成任何污染,是一种环保密封。

  由于该种密封用“气体阻塞”替代传统的“液体阻塞”,因此,它对气体要求比较高,干气压力比密封腔介质压力要高出0.2~0.3MPa ,气体内含杂质要小于3μm 以下,密封氮气严禁中断或小于密封腔介质压力和泵反转运行,否则会损坏密封面造成泄漏发生。

3、结论

  干气密封技术在该泵上的成功应用,为石化系统特别是有毒、有害介质泄漏要求较高的行业提供了一种优质环保型防漏新途径,不但节省资金,还能降低维修频率和工人的劳动强度,是值得大力推广的新技术。

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