SH2-机械密封辅助系统介绍及选型实例

机械密封辅助系统参考资料：联系人：李兵电话：[phone]API682用于离心泵和回转泵的泵－轴封系统机械密封辅助系统•在机械密封的实际应用过程中，有一些如高温、高压、易腐蚀的情况，只从密封的结构和选材上使其适应苛刻的条件，往往代价较高，且不能从根本上解决问题。而机械密封辅助系统可以改善机械密封的工作条件，减少温升、保持密封端面良好的润滑状态、保证密封腔压力。在低温状态下可以起到保温和供热的作用，对于有固体颗粒的情况下可防止密封面的磨损，还可以防止易结晶的介质进入密封腔形成结晶磨损密封面，也可以防止强腐蚀性介质腐蚀密封面。所以说，机械密封辅助系统也可以称作是机械密封保护系统。机械密封辅助系统的选用条件•理论上讲任何机械密封选用辅助系统对寿命都是有利的，但对于某些轻型机械密封或工作条件较好的密封采用辅助密封反而不经济。一般有下列情形之一的选择机械密封辅助系统：－工作温度超过密封件允许温度－高粘度及易挥发介质－有毒及有害介质－含有机械杂质及有结晶析出的介质时－重型机械密封机械密封辅助系统包含的内容•机械密封辅助系统是许多元件的统称，由过滤器、旋液分离器、流量控制孔板、冷却器、压力罐、各种监测仪表、管路和管件等组成。实际工作中根据具体的条件可选择其中的一种或几种。辅助系统一般通过冲洗、冷却、过滤和分离等方式，实现对机械密封的润滑、冷却或调温、冲洗、净化、稀释和冲掉泄漏介质，改善密封的工作环境。所有辅助设施中最主要的工作方式就是密封冲洗。密封冲洗的含义及作用•冲洗：引入到工艺流体侧的密封室内紧紧靠近密封面并典型地用于冷却和润滑该密封面的液体（API682定义）•密封冲洗的作用－润滑：保持密封面之间有一层液膜对密封面的润滑作用。－冷却：防止高温介质进入密封腔内，导走动环与静环工作时产生的摩擦热。－密封：密封腔内通入与介质相容的液体（外循环），防止高温、有毒等介质从泵轴封漏出，防止固体颗粒进入密封腔磨损密封面等。机械密封冲洗方案的介绍•机械密封的冲洗主要有内冲洗和外冲洗两种。－内冲洗：a正冲洗：利用被密封的介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。b反冲洗：利用被密封的介质，由泵腔进入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。c全冲洗：利用被密封的介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲洗后在经管路流回泵入口端。是前两种冲洗方式的组合。机械密封冲洗方案的介绍－外冲洗：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应小于0.5MPa，一般取0.05-0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1-0.2MPa.冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止密封环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗。机械密封辅助系统冲洗量的确定•理论上讲，冲洗量是按密封装置的热平衡原理计算确定的。根据长期的实践和经验，冲洗量一般在3-30L/min，可根据密封规格（直径）和介质的种类选取。下表为一般泵用机械密封的冲洗量（3000r/min）：密封轴径(mm)：≤4545-6060-8585-9595-135135-185冲洗量(l/min)：24681115根据选取的冲洗量，对易挥发的介质或温度较高的介质冲洗量要适当大一些。机械密封冲洗方案实际排布示意图API682用于离心泵和回转泵的泵－轴封系统机械密封冲洗方案－PLAN01从泵壳引到密封的内部的循环推荐用于干净的抽吸介质，要保证整个再循环足以保证稳定的密封面条件。结构简单，但对系列泵灵活性小，如改用其它冲洗形式困难较大，一般不采用，仅再专门设计的泵或普通清洁水使用机械密封冲洗方案－PLAN02轴封箱接口封死，不设循环冲洗液，但设有必要的密封腔、水冷却夹套和节流衬套（除非另有规定）用于不需要循环冲洗的泵，如某些波纹管机械密封或输送不易汽化的介质机械密封冲洗方案－PLAN11再循环由泵出口通过一流量控制孔板至密封腔，冲洗密封端面后回到泵腔内用于一般介质，使用最广，输送介质温度不超过密封极限温度。冲洗压力高于密封腔0.1-0.2MPa常见问题1.孔板直径的确定Q=1.22d2(ΔP/ρ）1/2式中：Q—流量l/mind—孔板直径mmΔP—孔板前后压差Mpaρ—流体密度2.泵出口端与密封腔相连，会导致密封腔压力很高错。密封腔压力只有很小升高。因为，泵出口端到密封腔管线长，流速大，压降大。3.为加快循环，密封腔内加一个螺旋套不好。可能导致密封腔流体气化。4.冲洗流量大一点，可以多降一点密封腔温度错。PLAN11不能降温，只能抑制温升。冲洗流量过大，会降低泵的效率，提高密封腔压力。机械密封冲洗方案－PLAN12再循环由泵出口通过一过滤器和流量控制孔板后至密封腔，冲洗密封端面后回到泵腔内类似于PLAN11,增加过滤器除掉偶然颗粒。由于过滤器易堵塞造成密封冲洗失效，所以很少采用机械密封冲洗方案－PLAN13再循环由泵密封腔通过一流量控制板回到泵入口用于输送介质温度不高，而密封腔压力较高的场合，常和PLAN11,12（过滤器）,21,22（过滤器换热器）,31（旋液分离器）,41（旋液分离器，换热器）一起使用机械密封冲洗方案－PLAN14再循环由泵出口通过一流量控制板进入密封腔对密封端面进行冲洗并同时经过一流量控制孔板返回泵入口目的使流体进入密封腔并提供冷却的同时放空和降低密封腔压力。是PLAN11和PLAN13的组合机械密封冲洗方案－PLAN21再循环由泵出口经一流量控制板和热交换器后进入密封腔，对密封端面进行冲洗用于输送介质温度超过密封极限温度的场合防止介质气化，满足辅助密封圈温度范围。防高于150℃结焦或聚合，改善润滑性能。注意降温不要导致晶体析出或变高黏度先开换热器冷却水，后开车。常见问题1.温度降得越多越好错。该方案只能少量降温，否则换热器易结水垢，介质侧也容易堵塞。API682建议用空气代替水作冷流体。2.10MPa流体，能否直接进盘管进行冷却不能，但并非盘管承压能力不够。这样会导致增大密封腔压力，增大泵的效率损失，提高密封腔的温度，致使密封在高压高温工况工作，密封会过早失效。应同PLAN11，加一节流孔板。3.该方案降不了多少温度，尽量少选错。若在几十度降温范围可以满足要求，应优先选用，因为该方案相对比较简单。4.若降温效果差，增加冷却水流量错。若不增大换热面积，只增大冷却水流量，对热流体降温帮助不大，只能降低冷流体出口温度。机械密封冲洗方案－PLAN22再循环由泵出口经过滤器、流量控制器和热交换器后进入密封腔，对密封端面进行冲洗过滤器堵塞会引起密封失效，不推荐使用。除去过滤器同PLAN21机械密封冲洗方案－PLAN23再循环由密封腔引出（在泵送环的作用下）经过一热交换器后返回密封腔只需冷却再循环的少量液体，降低了热交换器上的热量载荷，当输送水温度大于80℃，烃类温度超过150℃时可采用此方案机械密封冲洗方案－PLAN31再循环由泵出口经一旋液分离器进入密封腔对密封端面进行冲洗，清洁液由旋液分离器上部进入密封腔，含有固体颗粒的液体由下部返回泵入口用于输送含有固体颗粒的介质，固体颗粒有一定硬度，比液体相对密度大，能进行旋液分离的介质机械密封冲洗方案－PLAN32冲洗液由外部源注入密封腔中对密封端面进行冲洗外部液体源的压力需高于密封腔压力。用于不干净的介质场合。靠近叶轮密封腔的一侧需设置辅助密封装置（喉部节流衬套），泵输送介质不允许被冲洗液污染的场合禁止使用常见问题1.该方案可以防颗粒，防气化，防高温，防腐蚀性，是解决单端面最好的方案，是不是所有单端面都可以采用此方案呢？不是。首先，PLAN32成本极高，高于PLAN52；其次，需要现场有合适的冲洗流体，并且有大量消耗；三，会稀释或污染泵送物料。所以，一般尽可能不选用该方案，仅为降温更不考虑选用。2.泵停车时，也不能停冲洗。3.必须配小间隙喉套，保持密封腔压力，降低饱和蒸汽压。4.冲洗压力，冲洗量必须控制，见PLAN11。机械密封冲洗方案－PLAN41再循环由泵出口经过一旋液分离器后，清洁夜体进入一热交换器后在进入密封腔对密封端面进行冲洗，含有固体颗粒的液体由旋液分离器下部排出返回泵入口用于输送介质温度高于密封极限温度的场合其它同PLAN31机械密封冲洗方案－PLAN51密封腔低部封死，封液对压盖起急冷作用封液只进不出，漏损后由储液罐补充。该方式很少使用机械密封冲洗方案－PLAN52非加压式外供缓冲液由一密封腔内的泵送环提供循环动力储液罐的上部与大气相通，密封液压力低于密封腔内压力，依靠泵送环进行循环，储液罐连续放空至一回收装置并保持比该密封腔压力低，通常用于串联式机械密封常见问题1.标准配置：高报压力开关（设置值：0.1MPa），低液位开关，压力表（耐压：6.3MPa，量程0.6MPa）2.开车前：必须先充满缓冲液。3.正常工作状态：内侧密封泄漏，气化，从储罐顶部排气口通过节流孔板引向火炬；或漏入缓冲液，导致液位上升。4.补（排）液：根据液位刻度线补液，从储罐下部排液，不需停车。5.内侧密封失效，压力开关报警（气化），高液位开关（选配）报警（不气化）。6.外侧密封失效：低液位开关报警。7.泵送环效果差，结果会怎么样？密封腔缓冲液进出口温差超过10℃，甚至20℃，为密封所不能接受。8.从成本考虑，该方案应优先于PLAN53，32选取。机械密封冲洗方案－PLAN53A加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由一密封腔内的泵送环提供循环动力储液罐上部与压力源相通，隔离液压力大于密封腔内压力，依靠泵送环进行循环，通常用于双端面机械密封常见问题1.用于脏的磨蚀性或易聚合介质,不允许漏向大气2.介质允许少量污染3.封液压力高于介质至少1.5bar（一般0.4MPa)4.泵压力波动或高于35bar用差压调节器（设置值：1.4~1.6BAR）5.用于富胺液介质（含H2S)6.可以用于温度高于260℃的工况（PLAN52不能胜任的情况）7.泵送环效果差，结果会怎么样？密封腔缓冲液进出口温差超过10℃，甚至20℃，为密封所不能接受。8.从成本考虑，该方案应与PLAN32，52比较来选取。机械密封冲洗方案－PLAN53B加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由密封腔内泵送环提供循环动力预加压的胆式蓄压器提供压力给循环系统，隔离液大于密封腔压力，依靠泵送环进行循环，热量通过一热交换器系统除去，通常用于双端面机械密封。用于介质压力高于20bar的场合机械密封冲洗方案－PLAN53C加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由密封腔内的泵送环提供循环动力活塞蓄压器提供压力给循环系统，隔离液压力大于密封腔压力，依靠泵送环进行循环，热量通过热交换器系统除去，通常用于双端面机械密封。当介质压力波动或压力高于3.5MPa时，采用带增压罐的plan53C机械密封冲洗方案－PLAN54加压的外部隔离液供给干净流体至密封腔，循环由外部泵或压力系统来实现外部泵或压力系统提供压力，隔离液压力大于密封腔压力，是一种常见的密封系统，常用于双端面机械密封常见问题1.用于高温,含固体物或两者都存在的工况2.污染介质3.封液压力高至少1.4bar4.成本高（高于PLAN53）5.液源必须可靠，不得中断，否则损坏密封，污染液源系统。6.先供液源，后开车。机械密封冲洗方案－PLAN62外部提供流体急冷（蒸汽、气体、水等）常用于带节流衬套或辅助密封装置的单端面或双端面机械密封。目的是对密封端面进行背部冷却，防止或清除沉淀物，熄灭火花，释放和回收泄漏的介质常见问题1.急冷流体:低压蒸汽（高温）,氮气（低温，避开水的化学反应）,清水（常温），通常用于有毒，易燃，氧化性，易聚合，易结晶，高黏度（碱，胺，易结晶流体）介质。2.隔氧防焦