石油化工泵用機(jī)械密封技術(shù)的選擇與發(fā)展

梁小鶯(廣西工聯(lián)工業(yè)工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)有限公司 530003)

一、前言

在石油和石油化工工業(yè)中，有近90%的旋轉(zhuǎn)設(shè)備采用機(jī)械密封。機(jī)械密封的第一個(gè)專利于1885年出現(xiàn)在英國(guó)，1900年機(jī)械密封開(kāi)始應(yīng)用于軸承密封，1913年有了雙端面機(jī)械密封專利，1919年出現(xiàn)了單端面機(jī)械密封專利。二戰(zhàn)后，機(jī)械密封技術(shù)在美國(guó)得到了迅速發(fā)展，英、法等國(guó)也開(kāi)始生產(chǎn)機(jī)械密封；摩擦副材料也得到了很大的改進(jìn)，出現(xiàn)了陶瓷、石墨和硬質(zhì)合金材料，加工精度也大為提高；同時(shí)，在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了平衡型機(jī)械密封、中間環(huán)密封等。

197 5年美國(guó)EG ＆ GSealol公司制造了世界上第一套焊接金屬波紋管機(jī)械密封，并應(yīng)用于宇航中。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，要求機(jī)械密封向零逸漏、高可靠性、長(zhǎng)壽命、低磨損的方向發(fā)展；同時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)和摩擦學(xué)的發(fā)展，為機(jī)械密封的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)手段，機(jī)械密封技術(shù)得到了大發(fā)展，出現(xiàn)了許多新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新產(chǎn)品。

二、輕油泵機(jī)械密封的選用

1.多彈簧機(jī)械密封靜止結(jié)構(gòu)對(duì)該類泵用機(jī)械密封采用靜止結(jié)構(gòu)(溫度高于200℃泵采用波紋管結(jié)構(gòu))。其目的一是避免高速攪拌產(chǎn)生熱量；二是防止彈簧傳遞扭矩。

2.摩擦副材料的選取

摩擦副材料的選取采用“WC－C”結(jié)構(gòu)。在選擇輔助密封材料時(shí)要考慮以下幾個(gè)因素：

(1)彈性良好，永久壓縮變形?。?/p>

(2)耐高溫，在高溫下不粘著；

(3)與介質(zhì)相容，不易產(chǎn)生溶脹、硬化等現(xiàn)象；

(4)摩擦系數(shù)小，有良好的機(jī)械性能。

通過(guò)比較，選擇了耐溫性能高的氟橡膠(溫度范圍－20℃—200℃)。

3.輔助密封措施

當(dāng)溫度高于150℃時(shí)輕油泵機(jī)械密封輔助冷卻采用了密封腔夾套冷卻、自沖洗及密封無(wú)折流板急冷；低于150℃時(shí)只采用自沖洗及密封無(wú)折流板急冷。

三、低溫輕烴泵用機(jī)械密封的選用

1.與輕油泵機(jī)械密封相同，多彈簧機(jī)械密封也采用靜止結(jié)構(gòu)。

2.對(duì)摩擦副材料的選取采用“SiC－C”結(jié)構(gòu)。輔助密封材料選擇耐低溫的硅橡膠材料。

3.低溫輕烴泵機(jī)械密封輔助措施采用自沖洗及密封無(wú)折流板急冷。通過(guò)沖洗來(lái)提高密封腔壓力以防止抽空造成的密封干摩擦。

四、高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封的選用

高溫?zé)嵊捅弥饕谐５妆?、減底泵、催化油漿泵，該類泵的特點(diǎn)是溫度高(370—400℃)、油品粘度大、塔底有雜質(zhì)。我們針對(duì)高溫泵的這些特點(diǎn)采用的是YH－609系列機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)選型主要結(jié)合了以下幾個(gè)方面。

1.金屬波紋管旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)

旋轉(zhuǎn)波紋管密封在旋轉(zhuǎn)離心力作用下可以自身清洗波紋管，減少波紋管外圍沉積和內(nèi)側(cè)結(jié)焦，并能防止因急冷造成的波紋管變形。我廠泵類設(shè)備轉(zhuǎn)速一般為2950r／min，機(jī)械密封線速度遠(yuǎn)小于25m／s，因此，可以選用旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

2.密封結(jié)構(gòu)形式采用開(kāi)槽斜面擠緊軸套

這種定位傳動(dòng)可靠，安裝拆卸方便且不傷軸。

并配置有限位板，便于泵外調(diào)整密封的壓縮量。波紋管內(nèi)徑一側(cè)設(shè)一45°斜角，以分散應(yīng)力，延長(zhǎng)波紋管壽命。輔助密封采用柔性石墨替代合成橡膠，可以承受高達(dá)425℃的高溫。

3.摩擦副材料的選取

對(duì)摩擦副材料的選取，采用“硬對(duì)硬”結(jié)構(gòu)，最初選用SiCWC為動(dòng)靜環(huán)材料，但是運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)動(dòng)環(huán)出現(xiàn)啃邊現(xiàn)象。改用YG6－YG6之后，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)一直正常。

4.密封腔夾套冷卻、自沖洗及密封折流板急冷

我廠高溫?zé)嵊捅幂S封外面夾套冷卻基本上按API610標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。沖洗方式考慮其經(jīng)濟(jì)性，采用了正壓自沖洗，沖洗壓力一般要求高于密封腔壓力0.07—0.1MPa。

我廠高溫?zé)嵊捅貌捎眉崩浞绞?，急冷液為水，背冷液流量一般可根?jù)軸徑大小考慮：軸徑d≤100mm時(shí)，流量為0.2—2L／min；軸徑d＞100m時(shí)，流量為0.5—3L／min?？紤]到本地水質(zhì)較差、硬度較大，采取了擴(kuò)大密封壓蓋冷卻進(jìn)出水孔，增大折流板與靜環(huán)間隙等措施，使得急冷液流量增大近2倍。大大改善了密封冷卻效果并有效地防止了密封結(jié)垢。密封冷卻水管同時(shí)外接蒸汽和循環(huán)水，當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)循環(huán)水供冷卻，泵備用時(shí)蒸汽用作保溫。

五、結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械密封自19世紀(jì)末第一項(xiàng)專利開(kāi)始至今己發(fā)展了100多年，機(jī)械密封新技術(shù)、新概念、新結(jié)構(gòu)、新產(chǎn)品、新材料、新工藝和新標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，并向廣度發(fā)展；高性能、高參數(shù)和高水平的產(chǎn)品大量研制出來(lái)，并向深度發(fā)展，機(jī)械密封的使用范圍不斷擴(kuò)大。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益關(guān)注，對(duì)機(jī)械密封的泄漏要求越來(lái)越嚴(yán)格，因此，機(jī)械密封的發(fā)展的總體趨勢(shì)是利用新概念、新技術(shù)、新工藝和新材料，改進(jìn)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，以提高機(jī)械密封的可靠性、延長(zhǎng)壽命、降低泄漏量和開(kāi)發(fā)出適用于特殊工況下的機(jī)械密封產(chǎn)品。正確合理地選擇機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及材料并對(duì)密封進(jìn)行合理改造，對(duì)提高機(jī)械密封可靠性有著重要意義。因此，在選用石油化工泵時(shí)，應(yīng)合理選擇機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及材料，將大大減少密封泄漏故障。

[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]呂康.泵用機(jī)械密封的選型研究[J].水泵技術(shù),1994(3):20-24.