P42干气密封论文.doc

摘 要 低温乙烯装置的低温泵是进口设备，乙烯的输送离不开它，低温泵机械密封使用寿命不长，一般在一年左右，由于机械密封采用的是进口原装备件，不但供货周期长，价格也十分昂贵。另外它的机械密封的密封液采用的是甲醇，甲醇在使用过程中及易对人体产生伤害。 目前干气密封广泛应用于各类机泵的密封，使用效果良好，但是干气密封在低温设备上的使用是一个空白。我们通过试验，对低温乙烯返输泵P42泵进行了干气密封改装。低温乙烯P42泵采用干气密封，一是可以充分利用现有资源进行改造，二是用无污染的氮气介质代替了对人体、环境有严重危害的甲醇密封介质，保护了环境，改善了操作条件，三是可实现低温泵机械密封面长周期，无泄漏运行，四是干气密封的使用成本远远低于机械密封，经济效益较好。 关键词：低温乙烯泵 机械密封 改造为 干气密封 一 概述 低温泵轴封的传统办法是采用双端面机械密封或串联式机械密封，密封液为低温下不凝固的甲醇或密封油，在低温（-104℃）条件下，由于密封液的泄漏而最终造成工艺介质泄漏的情况时有发生。低温乙烯装置P42泵原先采用的是进口双端面机械密封，采用甲醇作为封液。甲醇本身就是有毒液体，在使用过程中极易对人体产生伤害，同时在使用过程中由于机械密封受损泄漏还会造成产品质量问题和环境问题，甲醇的安全使用上存在着重大隐患。 目前干气密封广泛应用于各类机泵的密封，使用效果良好，但是干气密封在低温设备上的使用是一个空白。低温乙烯泵采用干气密封。一是可以充分利用现有资源进行改造，二是用无污染的氮气介质代替了对人体、环境有严重危害的甲醇密封介质，三是可实现低温泵机械密封面长周期，无泄漏运行 二 干气密封基本原理 2.1 干气密封基本原理 干气密封从外形结构上与机械密封相同，同样由以下几部分组成：①由补偿环和非补偿环构成的密封端面；②由弹性元件为主构成的加载、补偿和缓冲机构；③辅助密封；④与旋转轴联接，并与轴一起旋转的传动机构；⑤防转机构。 与普通机械密封显著不同的是：动静环密封面较宽；在动环或静环端面上加工出特殊形状的流体动压槽（见图2.1.1），如阿基米德螺旋槽、对数螺旋槽等，槽深一般在5~10um。当动静环作相对旋转运动时，动环或静环端面的螺旋槽将外径处的气体吸入动压槽内，气体由外径向中心流动，由于密封堰的节流作用，进入密封面的气体被压缩引起压力升高，在螺旋槽根处形成高压区。在该气膜压力作用下，密封面被推开，与气体静压力、弹簧力形成的闭合力达到平衡。此时，流动的气体在两个密封面间形成一层2~3um厚的气膜，在无外界干扰的情况下，密封保持非接触、无磨损运转。如果出现工艺条件波动或机械干扰等因素，使得气膜厚度减小，密封面贴近，则此时气膜刚度增大，气膜反力增加，迫使密封工作间隙增大，恢复到正常值；若使得密封气膜厚度增大，则气膜反力减小，闭合力大于开启力，迫使密封面贴近恢复到正常值。图2.1.2表示了干气密封在运行状态下密封面的轴向力平衡图。 图2.1.1干气密封端面动压槽简图 图2.1.2 干气密封受力图 干气密封稳定性的主要指标就是气膜刚度的大小，气膜刚度越小，密封的抗干扰能力越差；气膜刚度越大，密封的抗干扰能力越强，运行越稳定。总体来说，虽然干气密封的气膜间隙很小，但气膜刚度比普通机械密封的液膜刚度要大得多。 三 P42干气密封结构设计 3.1 P42泵特点及其操作条件 状态 转速 流量 压力 频率 介质温度 返输 2900 ≤37t/h ≤2.6MPa 50Hz -104℃ 装车 1450 ≤24t/h ≤0.6MPa 25Hz -104℃ 低温乙烯P42泵为立式泵，轴封原采用的进口双端面机械密封，密封液为甲醇， P42泵目前存在着“一泵双频”的特殊性（返输和装车时的频率不一样），该泵的双端面机械密封由于频繁在返输状态（高频高压高流量：频率50Hz、压力≤2.6MPa、流量≤37t/h）和装车状态（低频低压低流量：频率25Hz、压力≤0.6MPa、流量≤24t/h）之间切换，造成泵的机械密封经常受损泄漏。长期以来，密封的可靠性一直是影响低温泵长周期运行的瓶颈，已经不能满足目前实际工作的需要。同时泵的机械密封一旦泄漏，如果内漏（下端面机械密封受损）甲醇将泄漏到乙烯中，影响到乙烯的质量；如果外漏（上端面机械密封受损）甲醇将泄漏到外部对人体和环境造成污染；如果上、下两个端面机械密封同时受损，甲醇和乙烯将泄漏到外部对人体和环境造成污染和产生火灾爆炸的威胁。 3.2 干气密封结构设计 干气密封设计选择 方案1：串联式结构 该结构为干气密封与机械密封串联使用，第一级机械密封为主密封，密封介质为工艺介质，第二级干气密封为次密封，密封介质为氮气以及少量从机械密封泄漏的介质；该密封的使用寿命取决