浅析机械密封在热水工况中的应用 -(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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最大密封尺寸： 5 英寸（127毫米）

最大外缘线速度： 66英尺 / 秒 (20米 / 秒)

最高转速： 3000rpm

最低转速： 750rpm

最高密封腔压力*： 15 Bar 表压

最高密封腔温度： 175 0C

密封副材质：石墨，碳化硅，硬质合金

推荐的管线方案： API Plan11或API Plan02

注*：最低密封腔压力应保持在高于热水的汽化压力2Bar以上。

在通常情况下，为便于加工，“润滑槽”一般刻在较软的密封面上。“润滑槽”的确切数量以及它的长度，深度是由密封端面的尺寸决定的。

4．“液体缓冲垫”（HYDROPAD）密封

“液体缓冲垫”是在动静环的任一密封面上从外缘沿径向朝里开出凹槽或企口。其深度可以从千分之几到0.125英寸(即3毫米)

在普通密封中，密封面是均匀的圆环形。在密封面上开槽后，就会在圆周方向由机械和温度变化引起变形。在机械方面，由于开槽使密封端面的局部强度削弱了；在热力方面，凹槽使热量沿密封端面的圆周方向散失速率不同。这两个因素造成密封端面发生波状变形。由于液膜很薄，密封面上很小的变形都会对液膜的形成及稳定性产生极大的影响。

波状变形有助于液膜在密封端面间的延展。液膜厚度沿圆周方向的收缩与扩展产生了一个使密封面分离的流体推开力。这个流体推力减小了密封面间的机械接触，热量产生及密封面磨损。流体推力的大小不仅与密封面的波状变形而且与密封的操作特性和流体的物理特性有关。密封面之间的相对速度也是产生流体推力的一个重要因素。速度越大，流体推力越大。流体的特性，如比重，粘度，蒸汽压，都会对液膜产生很大的影响。流体的比重和粘度越小，流体推力越小。由于以上特性，“液体缓冲垫”可以用于热水，轻烃和氢氟酸等介质。

在确定是否需要“液体缓冲垫”时应考虑以下因素：

1）汽化压力：密封腔的压力低于液体的汽化压力加上25 Psi (即1.7 Bar)时，应同时综合考虑温度的因素。

2）压差：密封面内外缘的压差非常低或非常高（大于250 Psi 即17 Bar时），应考虑采用“液体缓冲垫”型式。因为当流体的压力很低时，液体的压力无法克服作用在密封面上的弹簧力，难于在密封面上形成所需液膜。而当流体的压力很高时，密封面上的所受的液体闭合压力也很高，同样难于形成所需液膜。

3）液体比重：液体比重小于0.52。

目前，“液体缓冲垫”与“润滑槽”一样，均为集装式密封。Flowserve的 BAW 系列以及John Crane的 LASERFACE系列均为此密封型式。

5 . 热水工况用机械密封型式比较

用于热水工况的机械密封型式比较见下表1。

表1 用于热水工况的机械密封型式比较表

密封面型式
传统机械密封
“润滑槽”机械密封
“液体缓冲垫”机械密封

密封面结构型式
平面
在较软的密封面上开闭合槽
在任意的密封面上开出朝外缘面开口的凹槽或企口

冲洗方案
API Plan 21、23、 32
API Plan 02、11
API Plan 02、11

冷却水
需要
不需要
不需要

密封腔压力Pc
无限制
Pc Pc17Bar

注：Pc – 密封腔压力；Pv – 介质的汽化压力；△Pc – 密封面的内外缘压差。

6. 应用实例

在上海漕泾SECCO公司苯乙烯项目中，有一冷凝水泵的温度是1170C，入口压力为1.6 Bar，出口压力为 7.2 Bar，密封腔压力经计算约为3.2 Bar，介质的蒸汽压为1.41 Bar，比重为0.951。

在原设计中，采用的是API plan 23 方案。该设计需要一套辅助管路系统、换热器及其所需的0.7米3/小时的冷却水消耗。我方与业主经过认真的研究和综合比较后，决定采用“润滑槽”( QB Lube ) 型机械密封，冲洗方案为API Plan 11。设备购置费可以节省约30％，运行费可以节省约6000元/年（仅冷却水消耗）。

由于“润滑槽”型机械密封不需要冷却水，避免了由于误操作断水而造成密封失效，以及因换热器结垢而降低密封系统可靠性。此类密封型式已在欧洲和中东地区有了近40年的使用历史。

除了在热水工况中有许多的成功运用外，“润滑槽”和“液体缓冲垫”密封已经大量成功地运用于一些特殊的工况，如：液化空气，低温液化气，轻烃，氢氟酸等介质。由于它在以上特殊的工况中部分替代了干气密封的使用，而购置成本与运行成本，操作难度都大大低于干气密封，相信将会有愈来愈广泛的应用。

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