干氣密封在高溫泵上的應用

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械密封。此泵介質為急冷油，溫度較高，單端面波紋管機械密封使用壽命短、泄漏頻繁，給工廠的正常生產帶來一定的影響。高溫急冷油的離心泵機械密封，易泄漏，該文通過對密封改造，采用浮動節流環與雙端面干氣密封組合式密封結構，解決了泄漏的問題。

關鍵詞：干氣密封 高溫 泵

中圖分類號：TB42 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）02（a）-00-02

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

根據以上工況，經過認真的分析研究和廣泛的技術交流，決定采用干氣密封技術對該泵進行改造。

1 改造措施

1.1 E-GA104C泵用干氣密封改造技術關鍵

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

介質粘度大的問題：由于高溫油粘度比較大且含有雜質，干氣密封與介質的隔離成為一難點。

1.2 E-GA104C泵用干氣密封的結構設計

干氣密封選型依據：通過對E-GA104C離心泵的結構特點及工藝條件分析，結合現場的密封氣源的情況，為保證主密封在超量泄漏時介質也不向環境泄漏，依據API682 Plan74的標準方案，決定采用雙端面式干氣密封，由于介質粘度大且含雜質，我們選用Plan 32方案采用外引液對密封端面進行沖洗，并且采用浮動節流環將介質與干氣密封隔離開，避免介質中的雜質進入干氣密封對密封端面造成損害，干氣密封結構（見圖1）采用集裝式結構，密封氣選用管網氮氣，壓力≥0.6MPa。

該雙端面干氣密封具有以下特點：

（1）在“氣體阻塞”原理的應用下，氮氣其的比介質壓力高為0.2～0.3Mpa，封堵介質，在此工藝中密封氮氣，能夠有效實現“零逸出”。

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

（3）干氣密封控制系統結構設計簡便，采用工業氮氣實施干氣密封阻塞氣，在此過程中壓力為0.45Mpa。

（4）這一工藝氮氣消耗量大概是在0.2m3/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為SiC—碳石墨；采用耐高溫、耐腐蝕的進口全氟醚橡膠密封圈Kalrez6375（美國杜邦公司）；密封主要殼體材質為0Cr18Ni9。

SiC—進口碳石墨是干氣密封最為常用、性能優異的摩擦副組對。動靜環是干氣密封的關鍵零件，靜環選用SiC材料，SiC具有表面硬度高、摩擦系數小、耐磨性能好、熱傳導系數大、比重小等優點組對性能好；動環采用進口碳石墨材料，進口碳石墨具有良好的自潤滑性和低的摩擦系數、具有良好的耐腐蝕性能、具有良好的耐溫性能、導熱性好且具有低的線膨脹系數，是目前最好的摩擦副材料之一，由于高速旋轉的動環比重大的材料制成的動環離心力就大；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境下，從安全角度出發選用進口全氟醚橡膠（FFKM）密封圈。全氟橡膠是由TFE（主鏈）、PMVE（支鏈）及架橋部分所構成，它不僅具有優異的耐高溫、耐化學腐蝕的性能（可耐1600余種化學品的腐蝕），還兼備了橡膠的彈性。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。事實上，全氟橡膠的熱穩定性往往超過了那些流體本身。全氟橡膠常用于化工行業以及強的腐蝕性的介質和高溫的場合。對于該臺高溫泵的改造，密封圈選擇進口全氟橡膠密封圈Kalrez6375。成本控制也是密封設計考慮的一個重要方面，由于全氟橡膠價格昂貴，如果密封所有靜密封點都使用全氟橡膠，那密封成本將會很高，經濟性不足。所以密封壓蓋上的靜密封點輔助密封設計成平面墊，使用PTFE材料。該種墊片密封效果良好，使用溫度范圍可達300℃，完全適用此高溫泵。

1.4 干氣密封控制系統

在干氣密封中干氣密封控制系統是一個重要組成部分，組成包括有兩部分，其中分別是密封氣泄漏檢測單元以及密封氣過濾單元，控制系統可以有效保證干氣密封的可持續穩定運行。

在干氣密封過程中，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直接損害密封面，從而對密封使用壽命具有直接影響。在此情況下也就需要保障進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濾器保障氣體潔凈性。

圖2為泵用雙端面干氣密封系統原理圖，流程如下：外來密封氣經過截止閥、單向閥進入控制系統，經過過濾器（過濾精度為2個μm，為干氣密封提供干凈的密封氣）、調節閥使密封氣壓力穩定一固定值，對密封氣調節的目的是始終保證主密封氣壓力高于介質壓力、流量計（監測密封的泄漏情況），然后經過一個單向閥（防止因工藝波動介質壓力高于密封氣壓力時，介質反竄損壞系統儀表）進入密封腔，為干氣密封提供阻封氣體，雙端面干氣密封控制系統通過對密封氣泄漏量監視來實現對干氣密封的運轉情況的監測，當干氣密封的氣體泄漏量超過一定值時，表明干氣密封損壞。

2 干氣密封實驗室臺架試驗和工業運行

在E-GA104C泵干氣密封完成設計及制造后，可以結合應用API682離心泵干氣密封試驗過程，以能夠實現對干氣密封性能的檢測分析。檢測結果顯示，干氣密封存在較高密封性以及可靠性，在對其泄漏量測量中穩定性較高，和設計值相比契合度較高。干氣密封試驗完成后，還需要對其現場進行改造。在對這一泵密封腔結構及工藝情況詳細了解后，一次改造及運行也就成功了，已經有3年運行時間，運行穩定較高，并對軸封問題徹底解決。

3 結語

（1）試驗表明，設計出的干氣密封完全能夠實現密封的非接觸運行，密封性能穩定可靠。

（2）工業運行表明，設計制造出的E-GA104C雙端面干氣密封性能穩定可靠，大大提高了該泵的運轉性能。

（3）高溫泵干氣密封的設計重點是解決密封在高溫介質中的適用性，其中又以密封材料設計最為關鍵。

參考文獻

[1] 顧永泉.機械密封實用技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

[2] 王汝美.實用機械密封技術問答[M].2版.北京：中國石化出版社，2004.