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機械密封及其管路係統(tǒng)的選用
日期:2024-12-23 10:17
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摘要:
機械密封及其管路係統(tǒng)的選用 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
作者:上海醫(yī)藥工業(yè)設計院 林傑張唏琳阮黎祥 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。由於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於化工、石化和醫(yī)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(zhuǎn)周期至少為3年。這就要求機械密封的連續(xù)運轉(zhuǎn)周期也需達到3年以上。 雖然近年來機械密封技術(shù)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(jié)構(gòu)和原理以及管路係統(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(jié)構(gòu)、標準和試驗,並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(jié)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(jié)構(gòu)。對新采購的泵,*方便、可靠的辦法是向泵製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(zhuǎn)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麵磨損的機械密封,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,端麵間的液膜形成開啟力。 載荷係數(shù)K>1,密封為非平衡型密封。一般非平衡型隻能用於低壓。當壓力大於一定的限度,密封麵間的液膜就會被擠出。在喪失液膜潤滑及高負荷的作用下,密封端麵會很快損壞。 非平衡型密封不能平衡液體對端麵的作用,端麵比壓隨流體壓力的上升而上升。 載荷係數(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麵延徑向內(nèi)移但不減少密封麵的寬度。密封的開啟力不變,但由於動環(huán)有較大的麵積暴露在液體中,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,其餘與內(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,以抵銷密封端麵間液膜的開啟力。 平衡型密封能部分平衡液體對端麵的作用,端麵比壓隨流體壓力的上升而緩慢上升。 一般非平衡型隻能用於低壓,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。因為對於非平衡型密封,當密封腔壓力上升時,會將密封端麵間的液膜擠出,使密封麵很快損壞。 平衡型密封能用於各種壓力場合。API682中規(guī)定除無壓雙重密封的外側(cè)密封允許采用非平衡型密封外, 其餘都應是平衡型密封。 3. 單端麵密封、無壓雙重密封和有壓雙重密封 單端麵密封:隻有一對摩擦副,結(jié)構(gòu)簡單,製造、拆裝容易,一般隻需設置衝洗係統(tǒng),不需要外供封液係統(tǒng)。 有壓雙重密封(原稱為雙端麵機械密封):有兩對摩擦副,結(jié)構(gòu)複雜,需要外供封液係統(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(cè)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(jié)構(gòu)複雜,需要外供封液係統(tǒng),密封腔內(nèi)的緩衝液不加壓,工藝介質(zhì)對內(nèi)側(cè)密封起到潤滑作用。 一般情況下,應優(yōu)先選用單端麵密封,因為單端麵密封結(jié)構(gòu)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,該種密封可廣泛用於氯乙烯、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(cè)密封(**道密封)是主密封,相當於一個單端麵內(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(cè)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(cè)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)境控製措施,如外衝洗+帶旋風分離器的管路衝洗係統(tǒng)。 (2) 采用有壓雙重密封。 有壓雙重密封隔離液的壓力高於介質(zhì)壓力,因而泵送介質(zhì)不會進入密封腔。內(nèi)側(cè)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(cè)密封由於冇有暴露在介質(zhì)中,因此可以不用昂貴的合金製作。外側(cè)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。 由於內(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。 隻有當介質(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(zhuǎn)式和靜止式機械密封 旋轉(zhuǎn)式機械密封指補償環(huán)隨軸一起轉(zhuǎn)動的機械密封。 靜止式機械密封指補償環(huán)不隨軸一起轉(zhuǎn)動的機械密封。 一般情況下均選用旋轉(zhuǎn)式機械密封,但在軸徑較大,轉(zhuǎn)速較高(密封圓周速度?25m/s),由於彈簧及其它旋轉(zhuǎn)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(jié)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(jié)構(gòu)簡單,彈簧可兼起傳動作用,但端麵比壓不均勻,不適用於高速運轉(zhuǎn)。 多彈簧機械密封,結(jié)構(gòu)複雜,彈簧不能兼起傳動作用,但端麵比壓均勻,適用於高速運轉(zhuǎn)。 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(jié)構(gòu)。 四、密封管路係統(tǒng)的選擇 單端麵機械密封,無壓雙重密封的內(nèi)側(cè)密封的密封管路係統(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係統(tǒng)的選擇見表4。 表3單端麵機械密封,無壓雙重密封的主密封(內(nèi)側(cè)密封)的管路係統(tǒng)
表4節(jié)流襯套、輔助密封裝置和雙重密封的管路係統(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(zhuǎn)子泵用的軸封係統(tǒng)》(Shaft Sealing Systems forCentrifugal and Rotary Pumps)對離心泵和轉(zhuǎn)子泵用的機械密封提出了*低限度的要求。其適用範圍為:溫度-40~260℃;壓力0~34.5bar,軸徑30~120mm。編製該標準的目的如下: (1) 在滿足*機構(gòu)對泄漏量規(guī)定的條件下,要求機械密封連續(xù)運轉(zhuǎn)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,並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(jié)構(gòu),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,其配對密封麵為燒結(jié)碳化矽對上等浸漬石墨,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,其餘部件(如軸套、壓蓋、限位器等)為316不鏽鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨製成的節(jié)流襯環(huán)。 Type B,低溫旋轉(zhuǎn)型波紋管密封,其配對密封麵為燒結(jié)碳化矽對上等浸漬石墨,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,其餘部件(如軸套、壓蓋等)為316不鏽鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨製成的節(jié)流襯環(huán)。 Type C,高溫靜止型波紋管密封,其配對密封麵為燒結(jié)碳化矽對上等浸漬石墨,O型圈為柔性石墨,波紋管為Inconel718(一種高等級的Ni-Cr合金),其餘部件(如軸套、壓蓋等)為316不鏽鋼。壓蓋內(nèi)需設置一個上等石墨製成的節(jié)流襯環(huán)和一個青銅製成的防結(jié)焦檔圈。 (3) 密封配置有三種:配置1, 單端麵密封;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. 密封室的端麵跳動量每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於3.5Bar或不小於*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。包括一係列的動力、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。如果試驗後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,但冇有進行過認定試驗。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(zhuǎn)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,那麼應符合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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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,因此密封麵的溫度就高,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(zhuǎn)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 |