石油化工泵用机械密封技术的选择与发展

2022-09-11

一、前言

在石油和石油化工工业中, 有近90%的旋转设备采用机械密封。机械密封的第一个专利于1885年出现在英国, 1900年机械密封开始应用于轴承密封, 1913年有了双端面机械密封专利, 1919年出现了单端面机械密封专利。二战后, 机械密封技术在美国得到了迅速发展, 英、法等国也开始生产机械密封;摩擦副材料也得到了很大的改进, 出现了陶瓷、石墨和硬质合金材料, 加工精度也大为提高;同时, 在结构上出现了平衡型机械密封、中间环密封等。

1975年美国EG&GSealol公司制造了世界上第一套焊接金属波纹管机械密封, 并应用于宇航中。近半个世纪以来, 随着人们对环境保护的日益关注, 要求机械密封向零逸漏、高可靠性、长寿命、低磨损的方向发展;同时, 计算机技术、材料学、流体动力学和摩擦学的发展, 为机械密封的发展提供了理论基础和设计手段, 机械密封技术得到了大发展, 出现了许多新技术、新结构、新产品。

二、轻油泵机械密封的选用

1.多弹簧机械密封静止结构对该类泵用机械密封采用静止结构 (温度高于200℃泵采用波纹管结构) 。其目的一是避免高速搅拌产生热量;二是防止弹簧传递扭矩。

2.摩擦副材料的选取

摩擦副材料的选取采用“WC-C”结构。在选择辅助密封材料时要考虑以下几个因素:

(1) 弹性良好, 永久压缩变形小;

(2) 耐高温, 在高温下不粘着;

(3) 与介质相容, 不易产生溶胀、硬化等现象;

(4) 摩擦系数小, 有良好的机械性能。

通过比较, 选择了耐温性能高的氟橡胶 (温度范围-20℃—200℃) 。

3.辅助密封措施

当温度高于150℃时轻油泵机械密封辅助冷却采用了密封腔夹套冷却、自冲洗及密封无折流板急冷;低于150℃时只采用自冲洗及密封无折流板急冷。

三、低温轻烃泵用机械密封的选用

1.与轻油泵机械密封相同, 多弹簧机械密封也采用静止结构。

2.对摩擦副材料的选取采用“Si C-C”结构。辅助密封材料选择耐低温的硅橡胶材料。

3.低温轻烃泵机械密封辅助措施采用自冲洗及密封无折流板急冷。通过冲洗来提高密封腔压力以防止抽空造成的密封干摩擦。

四、高温热油泵机械密封的选用

高温热油泵主要有常底泵、减底泵、催化油浆泵, 该类泵的特点是温度高 (370—400℃) 、油品粘度大、塔底有杂质。我们针对高温泵的这些特点采用的是YH-609系列机械密封, 结构选型主要结合了以下几个方面。

1.金属波纹管旋转结构

旋转波纹管密封在旋转离心力作用下可以自身清洗波纹管, 减少波纹管外围沉积和内侧结焦, 并能防止因急冷造成的波纹管变形。我厂泵类设备转速一般为2950r/min, 机械密封线速度远小于25m/s, 因此, 可以选用旋转结构。

2.密封结构形式采用开槽斜面挤紧轴套

这种定位传动可靠, 安装拆卸方便且不伤轴。

并配置有限位板, 便于泵外调整密封的压缩量。波纹管内径一侧设一45°斜角, 以分散应力, 延长波纹管寿命。辅助密封采用柔性石墨替代合成橡胶, 可以承受高达425℃的高温。

3.摩擦副材料的选取

对摩擦副材料的选取, 采用“硬对硬”结构, 最初选用Si C-WC为动静环材料, 但是运转一段时间后发现动环出现啃边现象。改用YG6-YG6之后, 设备运转一直正常。

4.密封腔夹套冷却、自冲洗及密封折流板急冷

我厂高温热油泵轴封外面夹套冷却基本上按API610标准执行。冲洗方式考虑其经济性, 采用了正压自冲洗, 冲洗压力一般要求高于密封腔压力0.07—0.1MPa。

我厂高温热油泵采用急冷方式, 急冷液为水, 背冷液流量一般可根据轴径大小考虑:轴径d≤100mm时, 流量为0.2—2L/min;轴径d>100m时, 流量为0.5—3L/min。考虑到本地水质较差、硬度较大, 采取了扩大密封压盖冷却进出水孔, 增大折流板与静环间隙等措施, 使得急冷液流量增大近2倍。大大改善了密封冷却效果并有效地防止了密封结垢。密封冷却水管同时外接蒸汽和循环水, 当泵运转时循环水供冷却, 泵备用时蒸汽用作保温。

五、结束语

机械密封自19世纪末第一项专利开始至今己发展了100多年, 机械密封新技术、新概念、新结构、新产品、新材料、新工艺和新标准不断涌现, 并向广度发展;高性能、高参数和高水平的产品大量研制出来, 并向深度发展, 机械密封的使用范围不断扩大。随着人们对环境保护的日益关注, 对机械密封的泄漏要求越来越严格, 因此, 机械密封的发展的总体趋势是利用新概念、新技术、新工艺和新材料, 改进机械密封结构, 以提高机械密封的可靠性、延长寿命、降低泄漏量和开发出适用于特殊工况下的机械密封产品。正确合理地选择机械密封结构及材料并对密封进行合理改造, 对提高机械密封可靠性有着重要意义。因此, 在选用石油化工泵时, 应合理选择机械密封结构及材料, 将大大减少密封泄漏故障。

摘要：石油化工泵的可靠性在很大程度上取决于广泛采用的机械密封。在石化企业中, 输送的流体大多易燃、易爆、有毒。一旦机械密封失效泄漏, 不仅污染环境, 危害健康, 还极易导致火灾、爆炸等重大事故, 所以是个热点问题。本文对国内外机械密封新技术进行了较全面的阐述, 从机械密封的结构、型式、种类、材料和浏控技术等方面介绍机械密封的发展水平和新进展。

关键词：机械密封,新技术,进展