干氣密封在工業泵上的技術原理與應用|資料

黑龍江石油化工廠MEK車間的熱媒泵P403,型號CHZE100-250B,輸送介質為導熱油。自1998年裝置開車以來,泄漏一直是我們力爭解決的問題,和國內有名的波紋管密封廠家克隆密封、北碳密封、一正密封等公司聯手攻關,一套密封安裝上去最好的連續運行一個月就開始泄漏,一般的7、8天就開始冒煙,一年下來僅密封費用一項就達到16萬多元,再加上維修卸壓,泄漏造成直接經濟損失10多萬元,嚴重威脅MEK車間的安全生產和環境衛生。

經過對該密封的結構分析,發現主要問題在于該工藝介質(導熱油)在兩個摩擦副端面之間積碳,部分外漏,在機封靜環外面堆積,隨著時間的推移,這種積炭逐漸加劇,最后和靜環端面等高,這樣一來就無形中改變了機封的PV值而造成泄漏。

成都一通科技有限公司的干氣密封技術在工業泵上的成功應用解決了這一難題。該密封是利用流體動力學原理,通過在密封端面開設動壓槽而實現密封端面的非接觸運行,因此,密封摩擦材料不受PV值的限制,與機械密封相比,干氣密封的優點:(1)使用壽命長,運行穩定可靠。(2)密封功率消耗小,僅為接觸式密封的5%左右。(3)與其它非接觸式密封相比,干氣密封氣體泄漏量小。(4)可以實現介質的零溢出,是一種環保型密封。(5)密封輔助系統簡單、可靠,使用中不需要維護。

干氣密封結構原理見圖1,由旋轉環、靜環、彈簧、密封圈、以及彈簧座和軸套組成。圖2為干氣密封旋轉環示意圖。

圖1干氣密封結構示意圖

圖2干氣密封端面動壓槽示意圖

旋轉環密封面經過研磨、拋光處理,并在其上面加工出有特殊作用的流體動壓槽。干氣密封旋轉環旋轉時,密封氣體被吸入動壓槽內,由外徑朝向中心徑向分別朝著密封堰流動。由于密封堰的節流作用,進入密封面的氣體被壓縮,氣體壓力升高,在該壓力作用下密封面被推開,流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜(它替代了普通密封兩個密封間的液膜)。由氣體動力學理論,當干氣密封兩端面間的間隙在2～3mm時,通過間隙的氣體流動層最為穩定,因此,氣膜厚度一般選在3mm左右,當氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時,該氣膜厚度十分穩定。正常條件下,作用在密封面上的閉合力(彈簧力和介質力)等于開啟力(氣膜反力),密封工作在穩定工作間隙,當受到外部干擾,氣膜厚度減小,則氣膜反力增加,開啟力大于閉合力,迫使密封工作間隙增大,恢復到正常值。相反,若密封氣膜厚度增大,則氣膜反力減小,閉合力大于開啟力,密封面和干擾恢復到正常值,因此,只要在設計范圍內,當外部干擾消失后,氣膜厚度就可以恢復到設計值,因此抗抽空能力非常強。所以,干氣密封的密封面間形成的氣膜具有一定的氣膜剛度,氣膜剛度越大,干氣密封抗抽空(干擾)能力越強,密封運行越穩定可靠。

干氣密封的性能主要體現在密封運行的穩定性(即使用壽命)和密封泄露量的矛盾上。影響干氣密封泄漏量的直接因素就是干氣密封的氣膜厚度即干氣密封運轉時密封面間形成的工作間隙。

1、密封結構參數

(1)氣密封的動壓槽形狀,對數螺旋槽產生的流體動壓效應最強,用其作為干氣密封動壓槽而形成的氣膜剛度最大,干氣密封的穩定性最好。

(2)干氣密封的動壓槽深度和干氣密封的動壓槽深度與氣膜厚度為同一數量級時,密封的氣膜剛度最大。

(3)干氣密封的動壓槽數量、動壓槽寬度,動壓槽長度。

2、操作參數對密封泄漏量的影響

(1)密封直徑越大,轉速越高,密封環線速度越大,干氣密封的泄漏量就越大。

(2)在密封工作間隙一定的情況下,密封氣壓力越高,氣體泄漏量就越大。

(3)介質溫度對密封泄漏量的影響是由于溫度對介質粘度有影響而造成的,介質粘度增加,動壓效應增強,氣膜厚度增大,但同時流經密封端面間隙的阻力增加,所以溫度、介質粘度對密封泄漏量影響不是很大。

自2002年10月P403改裝使用干氣密封以來,該泵的運行狀態非常穩定,沒有泄漏發生。該泵改造前后的運動狀況見表1。

表1改造前后該泵的運行狀況

由表1可知,僅就節電一項,按全年300天計算,節約資金約12萬元,雖然要求較高的潔凈氮氣供應系統增加了費用(約2萬元),但相比之下是微不足道的,密封氮氣一部分進入導熱油系統經放空排出,一部分直接排放到大氣當中,不會對空氣造成任何污染,是一種環保密封。

由于該種密封用“氣體阻塞”替代傳統的“液體阻塞”,因此,它對氣體要求比較高,干氣壓力比密封腔介質壓力要高出0.2～0.3MPa,氣體內含雜質要小于3μm以下,密封氮氣嚴禁中斷或小于密封腔介質壓力和泵反轉運行,否則會損壞密封面造成泄漏發生。

3、結論

干氣密封技術在該泵上的成功應用,為石化系統特別是有毒、有害介質泄漏要求較高的行業提供了一種 環保型防漏新途徑,不但節省資金,還能降低維修頻率和工人的勞動強度,是值得大力推廣的新技術。