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機械密封及其管路系統(tǒng)的選用
日期：2025-12-13 07:46
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摘要：
機械密封及其管路系統(tǒng)的選用 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 作者：上海*藥工業(yè)設計院 林杰張唏琳阮黎祥 陳偉 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
隨著環(huán)境保護和人類健康要求的提高，對機器的泄漏要求也不斷提高。由于機械密封泄漏量很小，密封可靠。因此自1885年，英國產(chǎn)生**個機械密封以來，機械密封被廣泛應用于化工、石化和*藥裝置中。目前70～80％的工業(yè)用泵配備機械密封。 API610《石油、重化學和天然氣工業(yè)用離心泵 》(Centrifugal Pumps for Petroleum, HeavyChemical, and Gas IndustryServices)要求泵的連續(xù)運轉周期至少為3年。這就要求機械密封的連續(xù)運轉周期也需達到3年以上。 雖然近年來機械密封技術發(fā)展很快，集裝式機械密封的不斷完善及新材料的不斷應用，使密封壽命大大延長，泄漏量也大大減少。但要滿足這一條仍相當困難。 據(jù)統(tǒng)計，密封引起的故障占全部機器故障的40％以上。造成這一現(xiàn)象的原因，一是作為泵機組中的動密封，其本身所處的工作條件、所起的作用所決定。二是許多國內(nèi)設計單位以及工程公司(包括用戶)認為密封選用是泵廠和密封廠的事情，往往對機械密封的選用參數(shù)、類型、結構和原理以及管路系統(tǒng)了解不深，難以參與機械密封的選用工作，造成密封的選型不當。 本文從選用的角度，介紹機械密封的選型參數(shù)、類型、結構、標準和試驗，并通過選用舉例作進一步的闡述。 二、機械密封選型參數(shù) 機械密封的選型參數(shù)如下： 1． 輸送介質(zhì)的物理化學性質(zhì)，如腐蝕性、固體顆粒含量和大小、密度、粘度、汽化壓力，介質(zhì)中的氣體含量，以及介質(zhì)是否易結晶等。 2． 安裝密封的有效空間(D與L)等。 3． 工藝參數(shù) (1) 密封腔壓力P 密封腔壓力指密封腔內(nèi)的流體壓力，該參數(shù)是密封選用的主要參數(shù)。確定密封腔壓力時，除需要知道泵進口和出口壓力外，還需了解泵的類型和結構。對新采購的泵，*方便、可靠的辦法是向泵制造廠了解密封腔的壓力數(shù)據(jù)；對現(xiàn)場在役設備，確認密封腔壓力*簡單的辦法是在密封腔上裝設壓力表。 為方便密封選用，表1給出了供參考的密封腔壓力值Pm。 表1不同類型泵的密封腔壓力值Pm(供參考)
(2) 流體溫度T 指密封腔內(nèi)的流體溫度。 (3) 密封圓周速度V 指密封處軸的周向速度，按下式計算。 V=πnd/60 式中 d?軸徑，m； n?泵軸轉速，r/min。 三、機械密封型式的確定 1. 推壓型和非推壓型密封 推壓型密封：指輔助密封沿軸或軸套機械推壓來補償密封面磨損的機械密封，通常就是指彈簧壓緊式密封。 非推壓型密封：輔助密封固定在軸上的機械密封，通常為波紋管密封。 推壓型密封和非推壓型密封特點的比較見表2。 表2推壓型密封和非推壓型密封特點的比較
2. 平衡型和非平衡型密封 密封腔中的壓力作用在動環(huán)上形成了閉合力，端面間的液膜形成開啟力。 載荷系數(shù)K>1，密封為非平衡型密封。一般非平衡型只能用于低壓。當壓力大于一定的限度，密封面間的液膜就會被擠出。在喪失液膜潤滑及高負荷的作用下，密封端面會很快損壞。 非平衡型密封不能平衡液體對端面的作用，端面比壓隨流體壓力的上升而上升。 載荷系數(shù)K<1，密封為平衡型密封。內(nèi)裝式密封軸上的臺階使密封端面延徑向內(nèi)移但不減少密封面的寬度。密封的開啟力不變，但由于動環(huán)有較大的面積暴露在液體中，因此，閉合力被平衡了相當一部分。 外裝式密封的平衡方法除作用力方向恰好相反外，其余與內(nèi)裝式密封相同。在這種情況下，要增加閉合力中的液壓的份額，以抵銷密封端面間液膜的開啟力。 平衡型密封能部分平衡液體對端面的作用，端面比壓隨流體壓力的上升而緩慢上升。 一般非平衡型只能用于低壓，但對潤滑性能差，低沸點，易汽化介質(zhì)及高速工況，即使在低壓下，也應選用平衡型密封。因為對于非平衡型密封，當密封腔壓力上升時，會將密封端面間的液膜擠出，使密封面很快損壞。 平衡型密封能用于各種壓力場合。API682中規(guī)定除無壓雙重密封的外側密封允許采用非平衡型密封外， 其余都應是平衡型密封。 3. 單端面密封、無壓雙重密封和有壓雙重密封 單端面密封：只有一對摩擦副，結構簡單，制造、拆裝容易，一般只需設置沖洗系統(tǒng)，不需要外供封液系統(tǒng)。 有壓雙重密封(原稱為雙端面機械密封)：有兩對摩擦副，結構復雜，需要外供封液系統(tǒng)，密封腔內(nèi)通入比介質(zhì)壓力高0.5~1.5bar的隔離液，起封堵、潤滑等作用，隔離液對內(nèi)側密封起到潤滑作用。 無壓雙重密封(原稱為串聯(lián)密封)：有兩對摩擦副，結構復雜，需要外供封液系統(tǒng)，密封腔內(nèi)的緩沖液不加壓，工藝介質(zhì)對內(nèi)側密封起到潤滑作用。 一般情況下，應優(yōu)先選用單端面密封，因為單端面密封結構簡單，使用方便，價格低。但在以下場合，優(yōu)先選用雙重機械密封。 (1) 有毒及有危險性介質(zhì)。 (2) 高濃度的H2S。 (3) 易揮發(fā)的低溫介質(zhì)(如液化石油氣等)。 隨著社會對健康、**和環(huán)境保護的愈來愈重視，無壓雙重密封的使用量逐年上升，該種密封可廣泛用于氯乙烯、一氧化碳、輕烴等有毒、易揮發(fā)、危險的介質(zhì)。無壓雙重密封的內(nèi)側密封(**道密封)是主密封，相當于一個單端面內(nèi)裝式密封，其潤滑由被密封的介質(zhì)擔當。密封腔內(nèi)注滿來至封液罐的液體，未加壓。內(nèi)側密封一旦失效，導致密封腔的壓力提高，即能由封液罐的壓力表顯示、記錄或報警。同時外側密封就能在維修前起到密封和容納泄漏液體的作用。 對一些有毒、含顆粒介質(zhì)(或腐蝕性相當厲害的介質(zhì))，一般 可考慮以下方法： (1) 采用合適的環(huán)境控制措施，如外沖洗＋帶旋風分離器的管路沖洗系統(tǒng)。 (2) 采用有壓雙重密封。 有壓雙重密封隔離液的壓力高于介質(zhì)壓力，因而泵送介質(zhì)不會進入密封腔。內(nèi)側密封起到阻止隔離液進入泵腔的作用。因此當輸送諸如粘性、磨蝕性及高溫介質(zhì)時，內(nèi)側密封由于沒有暴露在介質(zhì)中，因此可以不用昂貴的合金制作。外側密封僅僅起到不使隔離液漏入大氣的作用。 4. 內(nèi)裝式和外裝式密封 內(nèi)裝式密封：指機械密封安裝在密封腔內(nèi)。 外裝式密封：指機械密封安裝在密封腔外。 由于內(nèi)裝式密封的受力情況好，比壓隨介質(zhì)壓力的增加而增加，其泄漏方向與離心力方向相反，因此一般情況均選用內(nèi)裝式機械密封。 API682中明確標準型的機械密封為內(nèi)裝式密封。 只有當介質(zhì)腐蝕性極強時，且又不想考慮用有壓雙重密封時，才考慮選用外裝式機械密封。 5. 旋轉式和靜止式機械密封 旋轉式機械密封指補償環(huán)隨軸一起轉動的機械密封。 靜止式機械密封指補償環(huán)不隨軸一起轉動的機械密封。 一般情況下均選用旋轉式機械密封，但在軸徑較大，轉速較高(密封圓周速度?25m/s)，由于彈簧及其它旋轉元件產(chǎn)生的離心力較大，動平衡要求高，消耗的攪拌功率也大，應選用靜止式機械密封。 此外如果介質(zhì)受強烈攪動易結晶時，也推薦采用靜止式機械密封。 6. 單彈簧和多彈簧機械密封 單彈簧機械密封，結構簡單，彈簧可兼起傳動作用，但端面比壓不均勻，不適用于高速運轉。 多彈簧機械密封，結構復雜，彈簧不能兼起傳動作用，但端面比壓均勻，適用于高速運轉。 一般情況下，推薦選用多彈簧機械密封。 如 API682中明確推壓型的標準密封為多彈簧結構。 四、密封管路系統(tǒng)的選擇 單端面機械密封，無壓雙重密封的內(nèi)側密封的密封管路系統(tǒng)的選擇見表3，節(jié)流襯套、輔助密封裝置和雙重密封的管路系統(tǒng)的選擇見表4。 表3單端面機械密封，無壓雙重密封的主密封(內(nèi)側密封)的管路系統(tǒng)
表4節(jié)流襯套、輔助密封裝置和雙重密封的管路系統(tǒng)
五、API 682標準要點介紹 美國石油協(xié)會 1994年10月頒布的API 682《離心泵、轉子泵用的軸封系統(tǒng)》(Shaft Sealing Systems forCentrifugal and Rotary Pumps)對離心泵和轉子泵用的機械密封提出了*低限度的要求。其適用范圍為：溫度-40～260℃；壓力0～34.5bar，軸徑30～120mm。編制該標準的目的如下： (1) 在滿足*機構對泄漏量規(guī)定的條件下，要求機械密封連續(xù)運轉周期*少3年。 (2) 精簡密封種類，提供一套選擇方案*少的密封選型程序，以保證選用密封的可靠，并降低庫存及維修費用。 API682標準的要點如下： (1)所有的標準型機械密封均應為集裝式設計。但鉤式軸套型集裝式結構，API682不看作是集裝式密封，集裝式密封應無需挪動電機就能裝拆。 (2) 標準型機械密封型式有三種。 Type A，滑動式多彈簧密封，其配對密封面為燒結碳化硅對上等浸漬石墨，O型圈為氟橡膠(當運行溫度或化學相容性不允許使用氟橡膠時，應用FFKM合成橡膠)，彈簧為哈氏合金C，其余部件(如軸套、壓蓋、限位器等)為316不銹鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨制成的節(jié)流襯環(huán)。 Type B，低溫旋轉型波紋管密封，其配對密封面為燒結碳化硅對上等浸漬石墨，O型圈為氟橡膠((當運行溫度或化學相容性不允許使用氟橡膠時，應用FFKM合成橡膠)，波紋管為哈氏合金C，其余部件(如軸套、壓蓋等)為316不銹鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨制成的節(jié)流襯環(huán)。 Type C，高溫靜止型波紋管密封，其配對密封面為燒結碳化硅對上等浸漬石墨，O型圈為柔性石墨，波紋管為Inconel718(一種高等級的Ni-Cr合金)，其余部件(如軸套、壓蓋等)為316不銹鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨制成的節(jié)流襯環(huán)和一個青銅制成的防結焦檔圈。 (3) 密封配置有三種：配置1， 單端面密封；配置2， 無壓雙重密封；配置3， 有壓雙重密封。 (4) 加大密封腔徑向尺寸。 (5) 對影響密封性能和壽命的尺寸和配合要求如下： a. 密封壓蓋和密封室應準確對中。 b. 軸和軸套的間隙配**用G7/h6。 注：G7/h6配合，依據(jù)直徑的不同，其名義間隙為25~75μm。 c. 密封室的端面跳動量每20mm不應超過10μm。 (6) 采用浮動小間隙喉部節(jié)流襯套。 (7) 對液化氣體，密封腔壓力與液化氣*大汽化壓力的差值應不小于3.5Bar或不小于*大汽化壓力的10％。 (8) API 682規(guī)定儲液箱的*小儲液量為20升。 (9) 嚴格的試驗 API682對密封試驗提出了很高的要求，試驗分兩種：型式試驗(認定試驗)和出廠試驗。 認定試驗的要求如下： 新密封需對50、100mm兩個尺寸的每一種密封型式(Type A, B,C)的每一種密封配置在適當?shù)脑囼炁_上進行認證試驗。指定的5種試驗液體為水、丙烷、20％的NaOH溶液、熱和冷的礦物油。包括一系列的動力、靜態(tài)、交變試驗。每一尺寸的密封至少需進行100小時的試驗。認定試驗不規(guī)定試驗通過或失敗的要求。如果試驗后其磨損量很小且仍能維持試驗前的泄漏量指標，即為通過。 做認定試驗費時費錢，有些廠家的密封按照API682進行設計，但沒有進行過認定試驗。這種密封不能稱為API682密封。嚴格的試驗能保證密封的質(zhì)量，試驗是機械密封連續(xù)運轉周期至少為3年的可靠保證。 六、API 610中有關機械密封的內(nèi)容介紹 在API 610(第八版)標準中指明，除另有規(guī)定外，應當裝設機械密封，且應當按API682裝設機械密封。如果機械密封不遵循API682，那么應符合API610的2.7.3.1~2.7.3.23(這些條款大多取自API682)。其要點是： (1) 機械密封應為集裝式密封，鉤式軸套型的集裝式結構不看作是集裝式密封。 (2) 采用API682的密封箱尺寸。 API610(第七版)的密封箱尺寸設計取自原填料密封，其徑向尺寸小，如密封室內(nèi)徑與密封旋轉件外徑的間隙有時僅為1.3mm；因此其腔內(nèi)的液體量少，密封傳熱差，因此密封面的溫度就高，導致密封在一些臨界使用狀況工作不穩(wěn)定。API682對密封箱尺寸作了詳細的規(guī)定，其徑向尺寸加大了，密封室內(nèi)徑與密封旋轉件外徑的間隙*小為3mm，傳熱效果好。 (3) 采用API682的雙重密封(dual seal)概念。 (4) 采用浮動小間隙喉部節(jié)流襯套。 成都森發(fā)橡塑有限公司 www.owov.cn www.sen88.cn 028-83968718 15902837550 www.fluorosilicone.cn www.fluororubber.cn |
