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机械密封技术在化工行业中的应用
2016-04-25

化工产品大多为有毒、易燃、易爆产品,一旦发生产品泄露,除了造成一定的经济损失,必然会对环境造成污染,甚至对人员造成危害,由于以上化工行业的特点,化工设备中的密封必须可靠,且具有一定的耐腐蚀性,保证长久使用,为满足实际水泵机械密封应用中的复杂环境,因此多结构、多材料以及多组合的密封件在化工行业中大量应用,根据现场要求,新工艺、新概念、新标准不断涌现。目前机械密封在石油相关产品中的应用非常广泛,而随着产品技术水平的提高和节约能源的要求,机械密封的应用前景将更加广泛。

1 不同使用条件的机械密封

在石油化工行业中,由于流体成机械密封分相当复杂,在化工设备中液体的温度、压力、轴颈以及设备转速各有不同,因此要从结构、材料以及附属设备等多方面考虑,比如石油化工装置各转动设备中 (如泵、压缩机、搅拌釜等),工作条件最苛刻的部件要算机械密封。像推力轴承那样承受轴向力,像换热器那样把产生的热量导出。在高温、高压、易腐蚀等部位实现静密封已经比较困难,要求在旋转中,在几毫米宽的密封端面上实现动密封就更困难了。下面根据不同的环境介绍机械密封。

1.1 高温

在高温环境下的机械密封,当温度超过 200°的时候,一般的橡胶等非金属材料不能作为密封使用,这时考虑热变化的影响,要对密封件做稳定性热处理,在同一结构中的密封件热膨胀系数近乎相等,要采用冲压成型或者焊接式的金属波纹管结构。

1.2 低温

流体在低温条件下,一般材料会发生冷脆现象,一般要考虑疲劳强度、冲击、膨胀系数等因素,低温还会促使衬垫类的辅助密封圈产生老化,使密封圈失去弹性,从而造成流体外泄,低温条件下的密封一般要考虑以下几个方面: 1 ) 用金属波纹管代替辅助密封圈,在超低温的条件下常采用不锈钢材料的金属波纹管,不仅仅能保持优异的弹性补偿,还能消除因各种因素引起的机械振动,使密封贴合保持良好的运动状态; 2 ) 防止波纹管疲劳,在超低温的条件下,塑性也有一定的降低,但硬度会增加,若把波纹管置于旋转运动中,则会加速疲劳,使机械的密封周期大大缩短,因此在超低温情况下要采用静止式结构; 3 ) 与大气隔绝,密封腔与大气隔绝能减少冷损,提高抗汽蚀性能,隔绝的另一个作用是防止摩擦面上产生水蒸汽加速端面的磨损

1.3 高压

由高压介质引起的端面比压如果超过其适应范围会导致液膜破坏,引起发热和磨损,高压易使摩擦副变形及碎裂,从而使机械密封失效,因此对解决高压介质的密封,必须从结构形式,材质,冷却与润滑等方面作合适的选择。1 ) 平衡系数β 值的选择,端面比压是考核密封性能和耐磨性能的重要指标,选用密封所允许的最小端面比压对提高使用寿命有利;2 ) 多端面密封,多端面是一种串联式的密封装置,利用前后密封腔的压力降,以减少每一密封面所承受的压力,采用这样的减压方式,对于高压流体的密封是完全可能的,但是在实际工作需要有压力控制和润滑系统等辅助装置,这些密封还有一些困难。3 ) 采用平衡式,对于具有轴向力平衡盘的泵类设备的高压机械密封,可利用平衡盘进行节流,使少量高压流体流过平衡盘间隙压力下降后进入平衡盘间隙压力下降后进入平衡室再与密封件接触,平衡室内有平衡管与泵的路口相连,进入平衡室的流体即被抽送至泵的入口,此时平衡室的流体压力下降到近似于泵的入口压力,这样密封问题就很容易处理。

2 新技术、新结构在化工机械密封中的应用

2.1 零逸出密封技术

所谓零逸出密封技术,就是指工艺设备内的工艺流体泄漏量和逸出量等于零,也就是无工艺流体逸出,研究零逸出的密封技术就是零逸出密封技术。一般零逸出密封采用干运转密封,它可以有接触式干运转密封或非接触式干运转密封,通常情况下,零逸出密封有一定的辅助措施,包括控制和计量仪表、各种阀门,主密封泄漏量监控和报警等装置。

在零逸出密封系统中采用流体阻塞系统,流体阻塞系统中利用压力大于工艺流体压力和大气压力的阻塞流体注入密封室中,由于阻塞流体压力稍大于工艺流体压力,允许少量阻塞流体通过内密封漏入工艺流体侧,同时也可能有少量阻塞流体通过外密封漏到大气中。

为了达到零逸出,对于有害介质和有危险性的介质,必须使用气体阻塞系统或气体缓冲系统,因此,要求密封能在气体阻塞系或气体缓冲系统中干运转的密封作为零逸出密封。

如果介质是无害的或无危险性的惰性气体或空气,则可采用单密封,然而,对于有害介质或危险性介质,则采用双密封、串级密封或多机密封,才能达到零逸出。

2.2 集装箱式密封

利用运输中的集装箱概念,产生了集装箱式密封,这种密封的旋转和静止部分在安装前预装成一个整体,经检查和试压合格后套装在轴封箱内轴上,用紧定螺钉固定在轴上,上紧压盖螺栓,拆除集装定位片,机械密封就可以处于平面行工作状态。

3 小结

石化行业中很多设备采用机械密封,使用机械密封是解决跑、冒、滴、漏,改善环境保护,提高工作效率,降低生产成本的有效途径,是实现石油行业工业现代化必不可少的手段之一,而新技术新标准的应用,为企业带来了不仅是经济效益,为周边环境、环保作出了新的贡献。本文根据化工行业的特殊要求,阐述了在不同的工作状态下的机械密封,并根据实际应用,提出了机械密封的新技术,对机械密封技术的研究有一定的指导意义。

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