討論泵用雙重機(jī)械密封與泵用干氣密封的選型對(duì)比

在煤制液化工廠中，存在許多有毒，有害，易燃，易爆的物質(zhì)，如甲醇，乙烯，硫化氫，一氧化碳和輕烴。這種介質(zhì)的泵送具有高密封要求，并且根據(jù)現(xiàn)代管理要求不允許泄漏。
目前，通常有三種使用技術(shù)，例如屏蔽泵，磁力泵，隔膜泵等無(wú)泄漏泵，當(dāng)必須使用離心泵時(shí)，雙機(jī)械密封或使用干氣密封。在雙密封適用的大多數(shù)應(yīng)用中，使用干氣密封在技術(shù)上是可行的。
因此，雙密封和干氣密封更好，經(jīng)常困擾許多用戶。本文以神華煤化工煤化工凈化裝置的主洗泵為例，對(duì)雙密封和干氣密封進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，希望能為該領(lǐng)域的用戶提供更多的參考。
機(jī)械密封
機(jī)械密封原理
機(jī)械密封是指在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力（或磁力）和輔助密封的配合下，防止由垂直于旋轉(zhuǎn)軸的至少一對(duì)端面引起的流體泄漏的裝置。
機(jī)械密封主要由以下四種類型的部件組成。主密封：1個(gè)靜環(huán)，2個(gè)動(dòng)圈;輔密封件，6個(gè)旋轉(zhuǎn)輔助密封件，8個(gè)靜態(tài)輔助密封件;壓縮部件，3個(gè)彈簧;傳動(dòng)部件，4個(gè)彈匣座和5個(gè)鍵或固定螺絲，7個(gè)防旋轉(zhuǎn)銷，9個(gè)壓蓋。

機(jī)械密封中的流體可能泄漏的方式如圖1，AB，C和D所示.CD泄漏通道是固定環(huán)和壓蓋，壓蓋和套管之間的密封，兩者都是它們是靜密封。 B通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)和軸之間的密封。當(dāng)端面被摩擦和磨損時(shí)，它只能以微量的方式跟隨補(bǔ)償環(huán)的軸向運(yùn)動(dòng)，并且實(shí)際上仍然是相對(duì)靜態(tài)的密封。因此，這些泄漏路徑相對(duì)容易阻塞。

最常用的靜態(tài)密封元件是橡膠O形圈或Teflon V形環(huán)，作為旋轉(zhuǎn)環(huán)或固定環(huán)的補(bǔ)償環(huán)，有時(shí)使用橡膠，Teflon或具有彈性元件功能的金屬波紋管。結(jié)構(gòu)A通道是動(dòng)態(tài)密封，其中旋轉(zhuǎn)環(huán)的端面和固定環(huán)相互滑動(dòng)，這是機(jī)械密封裝置中的主要密封，也是確定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。 。
當(dāng)機(jī)械密封工作時(shí)，由密封流體的壓力和彈性構(gòu)件的彈力引起的軸向力使得移動(dòng)環(huán)和靜止環(huán)彼此粘在一起并且由于兩個(gè)密封而相對(duì)于彼此移動(dòng)結(jié)束。表面的緊密配合在密封端面（密封界面）之間形成小間隙。當(dāng)加壓介質(zhì)通過間隙時(shí)，形成非常薄的液膜，其產(chǎn)生阻力并防止介質(zhì)泄漏，并且液膜使得端面被潤(rùn)滑以用于長(zhǎng)期密封。
雙機(jī)械密封
為了在使用有毒有害介質(zhì)時(shí)獲得更好的密封效果，采用雙重密封，根據(jù)密封液體系統(tǒng)的壓力，可分為雙壓密封（雙機(jī)械密封）和無(wú)壓雙密封。密封（系列機(jī)械密封）。
加壓雙密封液體系統(tǒng)的壓力通常比第一級(jí)密封之前的壓力高0.01-0.03MPa。當(dāng)?shù)谝患?jí)密封件泄漏時(shí)，密封劑將進(jìn)入泵，確保泵內(nèi)的介質(zhì)不會(huì)泄漏到外部。當(dāng)密封流體進(jìn)入泵時(shí)，密封流體系統(tǒng)的壓力和液位降低，并且可以實(shí)現(xiàn)密封的泄漏監(jiān)測(cè)和報(bào)警。
無(wú)壓雙密封系統(tǒng)中的壓力通常是常壓或微壓，其低于第一級(jí)密封之前的密封腔壓力。當(dāng)?shù)谝患?jí)密封泄漏時(shí)，泵中的介質(zhì)進(jìn)入密封液體系統(tǒng)，使密封液體系統(tǒng)的壓力和液位上升，并通過壓力開關(guān)或液位實(shí)現(xiàn)泄漏監(jiān)測(cè)和報(bào)警開關(guān)。它也不同于雙端機(jī)械密封不能監(jiān)測(cè)雙端機(jī)械密封的失效。單端機(jī)械密封最重要的形式之一。
雙密封（雙機(jī)械密封）原理與單機(jī)械密封基本相同。 它由在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力和輔助密封作用下垂直于旋轉(zhuǎn)軸的端面（摩擦副）保持。 一種防止相對(duì)滑動(dòng)引起的流體泄漏的裝置。

雙端機(jī)械密封不僅是單端機(jī)械密封的重復(fù)，而且可以防止化學(xué)工業(yè)的一些關(guān)鍵場(chǎng)合中危險(xiǎn)，有毒，易燃，易爆物質(zhì)的泄漏，并具有高性能的保險(xiǎn)。影響。當(dāng)密封高壓介質(zhì)時(shí)，可以合理地分配每個(gè)密封件兩端之間的壓力差，以改善密封件的工作壓力范圍。對(duì)于一些自潤(rùn)滑，易凝固的汽化介質(zhì)，通過將密封液注入密封腔中，提高了密封條件，大大提高了密封的效率和使用壽命。
在操作期間，在由流體壓力（中壓）和彈性構(gòu)件的彈力引起的合力下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋葔海▔嚎s力），使得兩個(gè)接觸端面（動(dòng)環(huán)，靜）環(huán)的端面彼此緊密連接，并且在端面之間的非常小的間隙中保持非常薄的液膜以達(dá)到密封的目的。雙端機(jī)械密封有兩個(gè)端面密封。如果第一級(jí)密封失效，則仍可密封二級(jí)密封以防止泄漏。通常，雙面密封需要外部密封液體系統(tǒng)，并且密封液體被引入密封腔體中以進(jìn)行密封，潤(rùn)滑和冷卻，并且主要用于循環(huán)冷卻。密封液不僅可以沖洗摩擦副，改善機(jī)械密封的工作環(huán)境，而且可以作為主密封面失效的重要檢測(cè)手段。與單端機(jī)械密封相比，雙端機(jī)械密封還有一個(gè)摩擦副?？煞譃槊鎸?duì)面，背對(duì)背兩種形式。
面對(duì)面雙面機(jī)械密封有兩種形式：面對(duì)面固定環(huán)和面對(duì)面移動(dòng)環(huán)。靜環(huán)面對(duì)面是一體式移動(dòng)環(huán)，移動(dòng)環(huán)面向表面，是一個(gè)完整的靜環(huán)。然而，由于加工精度，機(jī)械密封失效后的更換成本等，面對(duì)面雙密封在流體泵的機(jī)械密封中使用較少，并且通常用于密封室尺寸小的應(yīng)用中。背靠背或串聯(lián)機(jī)械密封已完全適用于面對(duì)面機(jī)械密封的應(yīng)用。輕質(zhì)碳?xì)浠衔铮承?，聚合物流體和有害氣體采用干氣密封，非接觸式設(shè)計(jì)，采用面對(duì)面機(jī)械密封。面對(duì)面機(jī)械密封要求密封流體壓力大于中壓，屬于壓力雙密封，否則內(nèi)部機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)受到不合理的壓力。面對(duì)面結(jié)構(gòu)主要用于組裝結(jié)構(gòu)，并且可以用作單個(gè)端面或密封液體以形成雙端面。
背靠背雙面機(jī)械密封也可以制成一個(gè)包裝，便于拆卸和組裝，易于維修，因此使用更多。背對(duì)背雙密封有兩個(gè)移動(dòng)環(huán)和兩個(gè)靜環(huán)，第一級(jí)密封是流出型。由于其廣泛的應(yīng)用條件和廣泛的應(yīng)用，狹義上的雙端機(jī)械密封是指背靠背的雙端機(jī)械。密封。 背對(duì)背雙密封屬于加壓雙密封。 當(dāng)主密封失效時(shí)，密封液體系的壓力和液位將降低。 密封液循環(huán)的功率由內(nèi)置泵效應(yīng)環(huán)提供。
對(duì)于無(wú)壓雙密封（系列機(jī)械密封），兩套單端機(jī)械密封由兩個(gè)系列的機(jī)械密封組成。 兩組密封件沿相同方向排列。 密封室中的壓力逐漸降低，介質(zhì)不會(huì)泄漏。 由于結(jié)構(gòu)緊湊，系列雙面密封可應(yīng)用于軸徑不大，軸向尺寸小，中等負(fù)荷隨轉(zhuǎn)速變大的場(chǎng)合。 內(nèi)端是平衡的機(jī)械密封，外端是帶有泵環(huán)的不平衡機(jī)械密封。 密封液提供密封表面的冷卻潤(rùn)滑，并通過內(nèi)置的泵送效果環(huán)循環(huán)。

2.干氣密封
2.1原則
通常，典型的干氣密封包括固定環(huán)，移動(dòng)環(huán)組件（旋轉(zhuǎn)環(huán)），輔助密封O形環(huán)，靜密封，彈簧和彈簧座（腔）。靜環(huán)位于不銹鋼彈簧座中，并用二級(jí)密封O形圈密封。彈簧與旋轉(zhuǎn)環(huán)配合，旋轉(zhuǎn)環(huán)固定在軸上，處于密封的無(wú)負(fù)載狀態(tài)，如圖7所示。
在移動(dòng)環(huán)組件和固定環(huán)的配合表面處的氣體徑向密封件具有其先進(jìn)且獨(dú)特的方法。由于表面的平整度和光滑度，在移動(dòng)環(huán)組件的表面上有一系列螺旋槽，如圖8所示。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體被向內(nèi)泵送到螺旋槽的根部，并且根部外的非開槽區(qū)域稱為密封壩。密封壩對(duì)氣流施加阻力并增加氣膜壓力。
通過表面之間的壓力使靜環(huán)的表面與移動(dòng)環(huán)組件分離，并保持小的間隙，通常約為3微米。當(dāng)由氣體壓力和彈簧力產(chǎn)生的閉合壓力等于氣膜的開啟壓力時(shí)，建立穩(wěn)定的平衡間隙。在動(dòng)態(tài)平衡條件下作用在密封上的力。
閉合力Fc是氣體壓力和彈簧力的總和。打開力Fo是到端面的端面壓力分布由區(qū)域整合形成。在平衡條件Fc = Fo時(shí)，運(yùn)行間隙約為3微米。
如果由于一些干擾而減小密封間隙，則端面之間的壓力增加。此時(shí)，打開力Fo大于關(guān)閉力Fc，并且端面間隙自動(dòng)增加直到達(dá)到平衡。
類似地，如果擾動(dòng)增加了密封間隙，則端面之間的壓力減小，閉合力Fc大于開啟力Fo，端面間隙自動(dòng)減小，并且密封快速達(dá)到新的平衡狀態(tài)。
該機(jī)構(gòu)將在靜止環(huán)和移動(dòng)環(huán)組件之間形成相對(duì)穩(wěn)定的氣膜，使得端面可以保持分離，不接觸，并且在正常動(dòng)力運(yùn)行條件下不易磨損，從而延長(zhǎng)使用壽命。
由離心泵輸送的介質(zhì)是液體。根據(jù)不同的工況，可采用雙面干氣密封和串聯(lián)干氣密封。
2.2雙端干氣密封
雙面干氣密封可用于大多數(shù)離心泵的軸封。它具有以下特點(diǎn)：用“氣體堵塞”代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“液體堵塞”原理，即用壓力密封氣體代替壓力密封液，確保過程介質(zhì)實(shí)現(xiàn)“零逃逸”;整套密封件采用非接觸式操作，其功耗僅為傳統(tǒng)雙面密封的5％，并且使用壽命比傳遞。密封系統(tǒng)長(zhǎng)5倍以上;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的輔助系統(tǒng)確保過程介質(zhì)不受污染，過程介質(zhì)不會(huì)泄漏到大氣中，完全擺脫了傳統(tǒng)雙面機(jī)械密封對(duì)油系統(tǒng)的依賴。密封氣體采用工業(yè)氮?dú)饣蚬I(yè)儀表風(fēng)，其壓力高于介質(zhì)0.15-0.2MPa。
泵的雙端干氣密封的缺點(diǎn)是：需要一定壓力的氣源，氣源壓力比中壓高至少0.2MPa;微量氣體進(jìn)入過程。
2.3系列干氣密封
泵的串聯(lián)干氣密封具有以下特點(diǎn)：干氣密封與接觸式機(jī)械密封串聯(lián)使用，機(jī)械密封為主密封，干氣密封為二次密封;干氣密封和主密封與氮?dú)膺B接，確保主密封有一定的背壓，大大延長(zhǎng)了主密封的使用壽命;從主密封件泄漏的工藝介質(zhì)與密封氣體一起排放到焊炬中，以確保工藝介質(zhì)不會(huì)泄漏到大氣中，這是一種環(huán)保的密封;主密封失效后，干氣密封很短，在此期間充當(dāng)主密封，防止過程介質(zhì)泄漏到大氣中。這種密封件的使用壽命取決于機(jī)械密封件的使用壽命，通常約為2 - 3年。密封主要用于揮發(fā)性介質(zhì)，如液態(tài)烴介質(zhì);力量要求不高。
用于泵的串聯(lián)干氣密封的缺點(diǎn)在于，密封件在其全部意義上還不是干氣密封，并且其整體性能在機(jī)械密封和干氣密封之間。 該密封件適用于揮發(fā)性介質(zhì)，使用范圍窄。

PLAN52：用緩沖液注入密封室，緩沖液的壓力小于工藝流體壓力但不低于大氣壓。由于緩沖壓力小于過程流體壓力，少量過程流體泄漏到緩沖器中，即在外密封室中，并循環(huán)到密封系統(tǒng)或排氣系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而避免了直接排放。過程流體對(duì)大氣和環(huán)境的污染。該泵使用工業(yè)白油作為緩沖劑。
PLAN62：用外部冷卻液沖洗密封表面的外側(cè)。淬火液可以使用蒸汽，氮?dú)饣蚯逅?。泵考慮介質(zhì)的低溫，并使用0.2-0.7Bar的低壓氮?dú)膺M(jìn)行凈化，以防止外部密封件運(yùn)行時(shí)周圍的熱量結(jié)冰，從而導(dǎo)致密封面損壞。
泵密封系統(tǒng)需要兩個(gè)帶溫度，壓力和液位開關(guān)的緩沖罐，外部密封需要低壓氮?dú)獯祾?。一旦主密封泄漏，外密封液位上升并且壓力增加，?dǎo)致壓力或液位報(bào)警，從而判斷密封泄漏以進(jìn)行維護(hù)。
3.3干氣密封選擇
甲醇是烴，其在低溫下極易蒸發(fā)，并且由接觸密封產(chǎn)生的摩擦熱將增加密封表面之間的液膜的不穩(wěn)定性。因此，建議使用雙面干燥。氣密密封。
該泵采用雙面干氣密封。沖洗計(jì)劃PLAN74
PLAN74：隔離氣體由外部供應(yīng) - 氮?dú)?。通常，氮?dú)鈮毫?yīng)高于主密封腔室的壓力。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格應(yīng)為1.75-2bara（25psi-30psi），隔離氣體應(yīng)具有過濾器，壓力調(diào)節(jié)，流量。由止回閥，壓力表和壓力開關(guān)組成的控制面板使隔離氣體的泄漏方向通過主密封件向主密封腔泄漏，另一個(gè)通過外部非接觸泄漏到大氣側(cè)。干氣密封。實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的零泄漏。
8MPa（a）穩(wěn)定的清潔氮?dú)庑枰鋫溥^濾器，壓力調(diào)節(jié)閥，流量指示器，壓力表，壓力開關(guān)等。
4主洗泵選用系列機(jī)械密封和干氣密封比較
（1）密封效果：系列機(jī)械機(jī)械密封和干氣密封可使介質(zhì)永不泄漏;
（2）使用壽命：系列機(jī)械密封的使用壽命為1年;干氣密封的使用壽命為3年;
（3）操作簡(jiǎn)便：串聯(lián)機(jī)械密封需要緩沖并配備氮?dú)獯祾?干氣密封需要采用氮?dú)鈮毫ο到y(tǒng)，兩者基本相當(dāng);
（4）一次性投入價(jià)格：系列機(jī)械密封的價(jià)格相當(dāng)于干氣密封價(jià)格的60％;輔助系統(tǒng)的價(jià)格是等價(jià)的;
（5）外部條件依賴性：公共工程條件不需要串聯(lián)密封，干氣密封需要壓力穩(wěn)定，清潔的氮源;
（6）脆弱性：系列機(jī)械密封是接觸密封。由于介質(zhì)溫度低，密封產(chǎn)生的摩擦熱會(huì)增加密封面之間液膜的不穩(wěn)定狀態(tài)，長(zhǎng)期運(yùn)行能力明顯弱于干氣密封;干氣密封必須達(dá)到一定的速度才能形成氣膜，打開密封面，當(dāng)泵開始停止時(shí)，密封面容易磨損。如果泵頻繁啟動(dòng)和停止，很容易損壞。
（7）檢修復(fù)雜性：系列機(jī)械密封和干氣密封是盒式密封，整體更換對(duì)用戶沒有太大影響;
（8）維護(hù)費(fèi)用：該系列機(jī)械密封價(jià)格低廉，壽命短。如果計(jì)算周期為三年，則干氣密封更換成本理想地為系列密封的55％。
4。結(jié)論
通過對(duì)主氣泵密封和凈化裝置的串聯(lián)機(jī)械密封選擇的綜合比較，兩者之間沒有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。干氣密封具有維護(hù)成本低，使用壽命長(zhǎng)，在公共工程條件穩(wěn)定，裝置運(yùn)行穩(wěn)定的情況下穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。因此，在能夠穩(wěn)定運(yùn)行的裝置中，優(yōu)選使用干氣密封。 在新建和改造工程中，由于施工初期工藝運(yùn)行穩(wěn)定性差，公共工程條件穩(wěn)定性不能保證，雙機(jī)械密封具有投資少，對(duì)公眾依賴性低的優(yōu)點(diǎn)。 工作，重置成本低。 因此，在新建和改造工程中，建議優(yōu)先考慮系列機(jī)械密封。
在目前的技術(shù)條件下，泵在雙機(jī)械密封和干氣密封方面都具有優(yōu)勢(shì)。 在選擇中，有必要綜合考慮投資能力，外部條件，設(shè)備穩(wěn)定性和工藝要求。