泵用干氣密封的典型結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
2024-01-03
干氣密封目前不僅在離心壓縮機(jī)得到廣泛的應(yīng)用，在離心泵上的使用也逐漸增多。對(duì)于不同的工況條件，泵用干氣密封可采用不同的結(jié)構(gòu)形式。實(shí)際應(yīng)用中，主要有兩種結(jié)構(gòu)：
1、泵用機(jī)械＋干氣組合式密封（CM1B/1G型）
該密封為介質(zhì)側(cè)機(jī)械密封和大氣側(cè)干氣密封前后串聯(lián)布置的結(jié)構(gòu)。第一級(jí)的機(jī)械密封為主密封，第二級(jí)干氣密封是作為安全密封來(lái)使用的。第一級(jí)機(jī)械密封基本上承受全部的壓差，該密封工作在泵輸送的工藝介質(zhì)中。第二級(jí)干氣密封通常情況在很低的壓差下工作。由于其摩擦副始終保持在非接觸狀態(tài)下運(yùn)行，沒(méi)有任何磨損，在一級(jí)機(jī)械密封損壞前能夠一直處于理想的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，故干氣密封是做為安全密封適合的型式。
根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及不同的環(huán)保要求，該結(jié)構(gòu)還可分成以下兩種形式：
第二級(jí)干氣密封的工作氣體可以來(lái)自主密封的氣態(tài)泄漏（PLAN71），對(duì)于一些介質(zhì)（例如部分液態(tài)烴類），壓力的釋放會(huì)使其由液相轉(zhuǎn)換為氣相。當(dāng)主密封失效時(shí)，會(huì)導(dǎo)致密封腔體中的壓力升高，使干氣密封自動(dòng)閉合，并以液體潤(rùn)滑形式工作。密封腔壓力升高,可由從密封腔體引出的一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)探測(cè)到，當(dāng)主密封失效壓力升高至設(shè)定值時(shí)會(huì)引起開(kāi)關(guān)報(bào)警，操作人員及時(shí)切換至備用泵。這樣逸出到環(huán)境中的介質(zhì)是非常有限的。這種方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它不需要一個(gè)緩沖氣體供應(yīng)系統(tǒng)及火炬條件，是一種非常經(jīng)濟(jì)的解決方案，但它依賴于介質(zhì)的物理特性。
當(dāng)環(huán)保要求很高，介質(zhì)氣體易燃、易爆、危險(xiǎn)性大而要求外漏極少時(shí)，第二級(jí)的干氣密封就需外部氣源提供緩沖氣（PLAN72）。使用緩沖氣的目的是將泄漏氣體輸送去火炬,同時(shí)引入帶壓的緩沖氣還可相對(duì)降低第一級(jí)機(jī)械密封所承受的壓差，抑制一級(jí)密封的泄漏，潤(rùn)滑安全密封。干氣密封在一定的壓力下可以更理想的運(yùn)行，同時(shí)緩沖氣還可對(duì)少量漏出的介質(zhì)氣起到稀釋作用。
PLAN72系統(tǒng)見(jiàn)上圖，在一般情況下，用氮?dú)庾鳛榫彌_氣。氮?dú)饨?jīng)過(guò)濾、調(diào)壓流量計(jì)、壓力開(kāi)關(guān)及單向閥后輸入至干氣密封的密封腔內(nèi),少量氮?dú)鈺?huì)從干氣密封的端面漏出(通常＜20Nl/h)。在緩沖氣和機(jī)械密封之間設(shè)置有排放通道，根據(jù)介質(zhì)物理特性的不同，分為向下（PLAN75）和向上（PLAN76）兩種排放方式。
如果由機(jī)械密封端面泄漏的介質(zhì)為不易揮發(fā)的流體，系統(tǒng)采用向下排放的方式（PLAN75，見(jiàn)下圖）。在泵體下方設(shè)置一集液罐收集泄漏物，對(duì)氣、液分別進(jìn)行分離排放，同時(shí)通過(guò)壓力表及壓力開(kāi)關(guān)對(duì)密封運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
如果由機(jī)械密封端面泄漏的介質(zhì)以不會(huì)凝結(jié)的氣相存在，系統(tǒng)則采用向上排放的方式（PLAN76，見(jiàn)下圖）。將排放的氣體引至火炬或高點(diǎn)放空，同時(shí)通過(guò)壓力表及壓力開(kāi)關(guān)對(duì)密封運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
在泵腔尺寸允許的情況下，可在第一級(jí)機(jī)械密封與第二級(jí)干氣密封之間加襯套或梳齒密封節(jié)流。一方面，該襯套減少了緩沖氣的消耗，主密封失效時(shí)可降低介質(zhì)進(jìn)入安全密封的壓力，另一方面，泄漏的危險(xiǎn)氣體將被緩沖氣完全帶入一個(gè)封閉、安全的系統(tǒng)如火炬。
機(jī)械＋干氣組合式密封結(jié)構(gòu)與普通串聯(lián)機(jī)械密封相比，有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：
（1）延長(zhǎng)了主密封的壽命
一級(jí)機(jī)械密封出現(xiàn)允許范圍內(nèi)的微量泄漏是很正常的，微量泄漏會(huì)很快使二級(jí)機(jī)械密封封液系統(tǒng)的壓力升高，導(dǎo)致密封未失效而需停車檢修。為了避免這種情況，有些廠家采用很高的密封端面比壓來(lái)減小主密封的泄漏量，由于揮發(fā)性介質(zhì)的潤(rùn)滑性很差，主密封的磨損很快，壽命提高非常有限。干氣密封做安全密封就能很好地解決這個(gè)問(wèn)題, 一級(jí)機(jī)械密封的微量泄漏可通過(guò)二級(jí)干氣密封輸送到火炬系統(tǒng)，且一級(jí)機(jī)械密封的微量泄漏導(dǎo)致二級(jí)干氣密封腔壓力的升高會(huì)抑制機(jī)械密封端面的汽化，又減少了機(jī)械密封的泄漏，延長(zhǎng)了主密封的壽命。我們?yōu)槊蚁┨峁┑倪@種干氣密封將其壽命由普通串聯(lián)密封四個(gè)月提高到了兩年。
（2）大大提高了密封系統(tǒng)的安全性
普通串聯(lián)密封的安全密封與主密封處于同時(shí)磨損狀態(tài)，且主密封泄漏出的介質(zhì)在第二級(jí)密封腔內(nèi)汽化，使第二級(jí)密封常在汽、液相混的狀態(tài)下工作，這樣就使二級(jí)密封的壽命縮短，當(dāng)主密封失效時(shí)安全密封的狀況常常也難以樂(lè)觀，甚至先于主密封失效，從而導(dǎo)致事故。干氣密封平時(shí)處于非接觸無(wú)磨損狀態(tài)，其壽命是機(jī)械密封的很多倍，對(duì)于提高系統(tǒng)安全性的意義不言而喻。
（3）卓越的環(huán)保性
普通的串聯(lián)式機(jī)械密封，介質(zhì)經(jīng)過(guò)主密封端面漏出后進(jìn)入封液，經(jīng)安全密封端面泄漏的封液必然含有部分工藝介質(zhì)，在主密封泄漏加大甚至失效時(shí)介質(zhì)的現(xiàn)場(chǎng)外泄不可避免。而采用干氣密封后，正常情況下介質(zhì)的泄漏均被引至火炬或集液罐，而完全杜絕了介質(zhì)向現(xiàn)場(chǎng)的泄漏。其突出的環(huán)保性使很多用戶選用該型式的主要依據(jù)。
（4）降低維護(hù)頻次，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性好
由于壽命的提高和密封驅(qū)動(dòng)功率的減小，氣體控制系統(tǒng)的制造成本也低于封液系統(tǒng)，故其經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)優(yōu)于普通串聯(lián)密封。
2、雙端面干氣密封（CM1GD型）
雙端面泵用干氣密封相當(dāng)于面對(duì)面布置的兩套單端面密封（見(jiàn)下圖），有時(shí)受軸向尺寸的限制兩套密封可共用一個(gè)動(dòng)環(huán)。它適用于沒(méi)有火炬條件，允許少量緩沖氣進(jìn)入工藝介質(zhì)中的情況。
雙端面干氣密封其介質(zhì)側(cè)密封是主密封，大氣側(cè)密封用來(lái)密封緩沖氣，當(dāng)介質(zhì)壓力驟升或氣源壓力驟減導(dǎo)致主密封損壞時(shí)，它又起到安全密封的作用。雙端面泵用干氣密封必須要有外部氣源提供的緩沖氣（通常為氮?dú)猓彌_氣的壓力高于被密封的介質(zhì)壓力0.175MPa以上。密封工作時(shí)，緩沖氣的總消耗量大約在10至40NL/h，其中大部分緩沖氣通過(guò)大氣側(cè)密封端面漏入大氣，其余少量氣體由介質(zhì)側(cè)密封端面進(jìn)入介質(zhì)，從而保證了工藝氣體不會(huì)向大氣泄漏。如緩沖氣體供應(yīng)中斷，密封也可象液體潤(rùn)滑機(jī)械密封一樣運(yùn)行，此時(shí)介質(zhì)側(cè)密封在壓力作用下關(guān)閉。緩沖氣供應(yīng)系統(tǒng)中的單向閥可阻止介質(zhì)進(jìn)入系統(tǒng)。工藝介質(zhì)也可潤(rùn)滑冷卻介質(zhì)側(cè)密封端面。這種情況下，可能有一定的泄漏進(jìn)入密封腔體。在泄漏的介質(zhì)到達(dá)大氣側(cè)密封前，該密封會(huì)一直以氣體潤(rùn)滑方式運(yùn)行。因此，雙端面密封結(jié)構(gòu)主要用于有毒、易燃易爆、壓力不高的清潔介質(zhì)，特別適用于不允許封液對(duì)物料有污染的食品加工和醫(yī)藥加工過(guò)程。
雙端面型泵用干氣密封可以保證工藝介質(zhì)的零泄漏，同時(shí)它的壽命遠(yuǎn)高于普通機(jī)械密封，一般情況下可以達(dá)到一年以上，具有很高的推廣價(jià)值。這種結(jié)構(gòu)形式密封的緩沖氣的控制系統(tǒng)PLAN74與前面機(jī)械干氣串聯(lián)式結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)PLAN72非常類似（見(jiàn)下圖），在阻隔泵送流體泄漏的同時(shí)對(duì)密封運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，可以保證該密封足夠安全的運(yùn)行，而且不需要泄漏排放系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
3、泵用干氣密封系統(tǒng)的特點(diǎn)
與壓縮機(jī)相比而言，泵用干氣密封的緩沖氣控制系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多，甚至也比許多機(jī)械密封輔助系統(tǒng)簡(jiǎn)單。機(jī)械＋干氣組合式密封控制系統(tǒng)通常由PLAN72＋PLAN75或PLAN72＋PLAN76組成。緩沖氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器、調(diào)壓閥、流量計(jì)后進(jìn)入密封腔，需要監(jiān)測(cè)和報(bào)警只有密封腔壓力和流量，主密封損壞導(dǎo)致密封腔過(guò)高由壓力表和壓力開(kāi)關(guān)來(lái)監(jiān)控，安全密封損壞由流量計(jì)監(jiān)控。這種簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)主要基于成本考慮，泵的重要性遠(yuǎn)不如壓縮機(jī)，更主要的因素是都有備用泵，加之泵輸送的都是液體，主密封損壞后安全密封可以作機(jī)械密封使用，而壓縮機(jī)則無(wú)法做到。所以其控制系統(tǒng)只要滿足基本需要即可。
4、泵用干氣密封改造及安裝
泵用干氣密封改造的基本條件是現(xiàn)場(chǎng)必須具備氮?dú)鈿庠?。氣源可?lái)自廠內(nèi)，也可來(lái)自氮?dú)馄炕驅(qū)ｉT的氮?dú)獍l(fā)生器。實(shí)際改造中常遇到的問(wèn)題是密封腔的尺寸不足，這是因?yàn)楦蓺饷芊獾亩嗣鎸挾缺绕胀芊鈱挼枚嘣斐傻?，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。改造能否成功的另一個(gè)關(guān)鍵因素是清潔工作是否徹底，特別是雙端面密封，緩沖氣進(jìn)入密封腔后唯一的出口就是密封端面，如果管路或密封腔內(nèi)有雜質(zhì)，其進(jìn)入端面的可能性就很大。如果設(shè)計(jì)選型合理，干氣密封可以達(dá)到非常理想的使用效果。
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