泵用干气密封工作原理应用

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【摘 要 】分析了泵用干气密封的工作原理、特点及受力分析;介绍了在液态烃泵上采用双端面干气密封的一个应用实例.为用户在装置关键离心泵上选择、使用干气密封提供指导.

【关 键 词 】干气密封 离心泵 非接触

1.前言

离心泵作为石油化工生产装置中最常用的动设备,约占机泵总用量的90%左右.机械密封是离心泵比较常见的轴端密封形式.由于泵输送的大多是容易燃烧、发生火灾爆炸、泄漏后对环境污染严重危险介质,因此对机械密封的要求就相对比较高,普通的接触式机械密封满足不了生产的要求,以保证安全、满足生产为目标,密封研究人员研发具有非接触、无磨损、低能耗等特点的新型机械密封就显得尤为重要.


新型机械密封具备干运转、动静环不接触、动静环之间利用工作时形成气膜来润滑的特点,是对机械密封的另一种诠释.为了达到工艺介质的零逸出、零泄漏,新型机械密封采取“以气封气”或“以气封液”两种方式(表1).

2.泵用干气密封的工作原理

由旋转环(动环)、静环、弹簧、密封圈以及弹簧座和轴套组成典型的干气密封形式,并在旋转环的密封面上加工流体动压槽并进行抛光打磨处理.工作原理如图1所示:旋转环被安装在机泵转动轴上,当转动轴转动时旋转环跟随一起转动,致使密封气体沿着动压槽由外沿向内运动,动压槽围堰的节流作用使进入动压槽内的气体被压缩,随着动静环之间气体压力的逐渐升高,在密封面之间形成气膜使动静环分开,由于气膜的压力是一定的,当动静环之间的距离达到一定程度时,气膜被破坏,压力开始降低,动静环之间的距离开始变小,当距离减小至开始条件时气体压力又开始升高,形成新的气膜.如此周而复始的重复建立新气膜、旧气膜被破坏的过程.这个过程时间极短以至于被密封的介质来不及发生泄漏.

3.干气密封静环受力分析

4.应用实例

某装置的液态烃泵(P-304AB)为一国产卧式单级离心泵.现场安装两台,一开一备.其作用是用液化气打进稳定塔上部,提供回流.液化气泵的运行条件为:介质名称:液化气;机泵入口压力:1.0Mpa:额定流量:44 m3/h ;机泵出口压力;1.68Mpa;密封介质:液化气;正常流量:29 m3/h;最小稳定流量8m3/h;入口温度:50℃;电机转速:2950rpm;密封轴径:43mm .采用单端面波纹管式机械密封(此种密封在P-309发生过密封失效情况),2012年10月高危泵改造时将P-304AB改为串联式干气密封,第一级为平衡型机械密封,密封介质为液化气;第二级为干气密封,密封介质为干净氮气,氮气压力为0.3MPa左右,由于干气密封端面上加工有单向螺旋动压槽,因此密封只能单向运转,正常情况下,机械密封(介质侧即第一级密封)作为主密封起作用,干气密封(第二级)为辅助密封,其主要作用:第一:提高主密封的背压,减少密封面的磨损,延长主密封使用寿命;第二:当主密封失效时,干气密封可以短时间起到备用密封的作用,同时干气密封腔出口压力表达到0.5MPa时,DCS显示压力高报,说明内侧主密封泄露过大,需检修更换;防止意外事故发生,增加了安全系数.

5.结语

从P-304AB改造为串联式干气密封的运行情况可以看出,此类串联式干气密封完全可以满足具有易气化、易挥发、危险性大的液态烃泵的运行要求,从而保证装置长周期安全运行,实现被密封介质的零逸出与零泄漏.

泵用干气密封在日常操作中应注意:

(1)启动安装串联式干气密封的离心泵时,启动前必须先充入氮气,与密封腔内被密封的液体介质压力相比充入氮气压力要高出0.2-0.3Mpa ,根据机泵本身的结构、轴向力平衡方式等条件计算密封腔内被密封的液体介质压力;

(2)当介质侧主密封损坏,液化气大量泄露时,应立即停泵并打开限流孔板旁路阀,将介质快速泄放至火炬系统;

(3)机泵停止运转氮气不能停止,确保正常供气.机泵检修时先放完泵内介质,然后关闭氮气.

(4)若泵出现汽阻等现象造成流量压力发生大的波动,应立即处理,严禁干气密封腔压力高于介质压力,反压导致主密封加速损坏,带来大的风险.

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