干氣密封在高溫泵上的應(yīng)用

李彥龍

摘 要：E-GA104C為某廠雙支撐離心泵，軸封最初采用單端面波紋管機(jī)械密封。此泵介質(zhì)為急冷油，溫度較高，單端面波紋管機(jī)械密封使用壽命短、泄漏頻繁，給工廠的正常生產(chǎn)帶來(lái)一定的影響。高溫急冷油的離心泵機(jī)械密封，易泄漏，該文通過(guò)對(duì)密封改造，采用浮動(dòng)節(jié)流環(huán)與雙端面干氣密封組合式密封結(jié)構(gòu)，解決了泄漏的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：干氣密封 高溫 泵

中圖分類號(hào)：TB42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（a）-00-02

此泵操作條件如下：溫度184℃，轉(zhuǎn)速1450r/min，吸入壓力： 0.07MPa，出口壓力：0.94MPa。

根據(jù)以上工況，經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析研究和廣泛的技術(shù)交流，決定采用干氣密封技術(shù)對(duì)該泵進(jìn)行改造。

1 改造措施

1.1 E-GA104C泵用干氣密封改造技術(shù)關(guān)鍵

介質(zhì)溫度的問(wèn)題：由于介質(zhì)溫度高（184℃），采用小彈簧干氣密封，輔助密封圈的選擇成為一難點(diǎn)。

介質(zhì)粘度大的問(wèn)題：由于高溫油粘度比較大且含有雜質(zhì)，干氣密封與介質(zhì)的隔離成為一難點(diǎn)。

1.2 E-GA104C泵用干氣密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

干氣密封選型依據(jù)：通過(guò)對(duì)E-GA104C離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝條件分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的密封氣源的情況，為保證主密封在超量泄漏時(shí)介質(zhì)也不向環(huán)境泄漏，依據(jù)API682 Plan74的標(biāo)準(zhǔn)方案，決定采用雙端面式干氣密封，由于介質(zhì)粘度大且含雜質(zhì)，我們選用Plan 32方案采用外引液對(duì)密封端面進(jìn)行沖洗，并且采用浮動(dòng)節(jié)流環(huán)將介質(zhì)與干氣密封隔離開，避免介質(zhì)中的雜質(zhì)進(jìn)入干氣密封對(duì)密封端面造成損害，干氣密封結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1）采用集裝式結(jié)構(gòu)，密封氣選用管網(wǎng)氮?dú)?，壓力?.6MPa。

該雙端面干氣密封具有以下特點(diǎn)：

（1）在“氣體阻塞”原理的應(yīng)用下，氮?dú)馄涞谋冉橘|(zhì)壓力高為0.2～0.3Mpa，封堵介質(zhì)，在此工藝中密封氮?dú)?，能夠有效?shí)現(xiàn)“零逸出”。

（2）在此密封過(guò)程中全部是非接觸運(yùn)行，和傳統(tǒng)雙端面密封相比，這一工藝功率消耗只有5%，使用壽命約為2年。

（3）干氣密封控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，采用工業(yè)氮?dú)鈱?shí)施干氣密封阻塞氣，在此過(guò)程中壓力為0.45Mpa。

（4）這一工藝氮?dú)庀牧看蟾攀窃?.2m3/h。

1.3 E-GA104C泵用干氣密封的材料選擇

E-GA104C泵用干氣密封摩擦副組對(duì)為SiC—碳石墨；采用耐高溫、耐腐蝕的進(jìn)口全氟醚橡膠密封圈Kalrez6375（美國(guó)杜邦公司）；密封主要?dú)んw材質(zhì)為0Cr18Ni9。

SiC—進(jìn)口碳石墨是干氣密封最為常用、性能優(yōu)異的摩擦副組對(duì)。動(dòng)靜環(huán)是干氣密封的關(guān)鍵零件，靜環(huán)選用SiC材料，SiC具有表面硬度高、摩擦系數(shù)小、耐磨性能好、熱傳導(dǎo)系數(shù)大、比重小等優(yōu)點(diǎn)組對(duì)性能好；動(dòng)環(huán)采用進(jìn)口碳石墨材料，進(jìn)口碳石墨具有良好的自潤(rùn)滑性和低的摩擦系數(shù)、具有良好的耐腐蝕性能、具有良好的耐溫性能、導(dǎo)熱性好且具有低的線膨脹系數(shù)，是目前最好的摩擦副材料之一，由于高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)比重大的材料制成的動(dòng)環(huán)離心力就大；碳石墨材料比重小的，離心力自然就小。

目前普通的橡膠密封圈安全使用溫度在200℃以下，用在184℃接近普通橡膠密封圈臨界溫度的環(huán)境下，從安全角度出發(fā)選用進(jìn)口全氟醚橡膠（FFKM）密封圈。全氟橡膠是由TFE（主鏈）、PMVE（支鏈）及架橋部分所構(gòu)成，它不僅具有優(yōu)異的耐高溫、耐化學(xué)腐蝕的性能（可耐1600余種化學(xué)品的腐蝕），還兼?zhèn)淞讼鹉z的彈性。普通全氟橡膠工作溫度范圍為-25℃～240℃間（Kalrez7075耐高溫可達(dá)327℃）。全氟橡膠在與侵蝕性液體的浸漬或直接接觸中依然能保持其彈力和回彈性能。事實(shí)上，全氟橡膠的熱穩(wěn)定性往往超過(guò)了那些流體本身。全氟橡膠常用于化工行業(yè)以及強(qiáng)的腐蝕性的介質(zhì)和高溫的場(chǎng)合。對(duì)于該臺(tái)高溫泵的改造，密封圈選擇進(jìn)口全氟橡膠密封圈Kalrez6375。成本控制也是密封設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重要方面，由于全氟橡膠價(jià)格昂貴，如果密封所有靜密封點(diǎn)都使用全氟橡膠，那密封成本將會(huì)很高，經(jīng)濟(jì)性不足。所以密封壓蓋上的靜密封點(diǎn)輔助密封設(shè)計(jì)成平面墊，使用PTFE材料。該種墊片密封效果良好，使用溫度范圍可達(dá)300℃，完全適用此高溫泵。

1.4 干氣密封控制系統(tǒng)

在干氣密封中干氣密封控制系統(tǒng)是一個(gè)重要組成部分，組成包括有兩部分，其中分別是密封氣泄漏檢測(cè)單元以及密封氣過(guò)濾單元，控制系統(tǒng)可以有效保證干氣密封的可持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

在干氣密封過(guò)程中，密封面中能夠具有2～3mm厚的氣膜，和這一粒度相比偏大的固體顆粒會(huì)直接損害密封面，從而對(duì)密封使用壽命具有直接影響。在此情況下也就需要保障進(jìn)入到干密封端面的一定要是干凈氣體，通常采用的是高精密過(guò)濾器保障氣體潔凈性。

圖2為泵用雙端面干氣密封系統(tǒng)原理圖，流程如下：外來(lái)密封氣經(jīng)過(guò)截止閥、單向閥進(jìn)入控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)過(guò)濾器（過(guò)濾精度為2個(gè)μm，為干氣密封提供干凈的密封氣）、調(diào)節(jié)閥使密封氣壓力穩(wěn)定一固定值，對(duì)密封氣調(diào)節(jié)的目的是始終保證主密封氣壓力高于介質(zhì)壓力、流量計(jì)（監(jiān)測(cè)密封的泄漏情況），然后經(jīng)過(guò)一個(gè)單向閥（防止因工藝波動(dòng)介質(zhì)壓力高于密封氣壓力時(shí)，介質(zhì)反竄損壞系統(tǒng)儀表）進(jìn)入密封腔，為干氣密封提供阻封氣體，雙端面干氣密封控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)密封氣泄漏量監(jiān)視來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)干氣密封的運(yùn)轉(zhuǎn)情況的監(jiān)測(cè)，當(dāng)干氣密封的氣體泄漏量超過(guò)一定值時(shí)，表明干氣密封損壞。

2 干氣密封實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)和工業(yè)運(yùn)行

在E-GA104C泵干氣密封完成設(shè)計(jì)及制造后，可以結(jié)合應(yīng)用API682離心泵干氣密封試驗(yàn)過(guò)程，以能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)干氣密封性能的檢測(cè)分析。檢測(cè)結(jié)果顯示，干氣密封存在較高密封性以及可靠性，在對(duì)其泄漏量測(cè)量中穩(wěn)定性較高，和設(shè)計(jì)值相比契合度較高。干氣密封試驗(yàn)完成后，還需要對(duì)其現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行改造。在對(duì)這一泵密封腔結(jié)構(gòu)及工藝情況詳細(xì)了解后，一次改造及運(yùn)行也就成功了，已經(jīng)有3年運(yùn)行時(shí)間，運(yùn)行穩(wěn)定較高，并對(duì)軸封問(wèn)題徹底解決。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）試驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)出的干氣密封完全能夠?qū)崿F(xiàn)密封的非接觸運(yùn)行，密封性能穩(wěn)定可靠。

（2）工業(yè)運(yùn)行表明，設(shè)計(jì)制造出的E-GA104C雙端面干氣密封性能穩(wěn)定可靠，大大提高了該泵的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。

（3）高溫泵干氣密封的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是解決密封在高溫介質(zhì)中的適用性，其中又以密封材料設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2] 王汝美.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問(wèn)答[M].2版.北京：中國(guó)石化出版社，2004.