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第五章机械密封的辅助系统一、为什么机械密封要采用辅助系统1、机封工作条件的苛刻性在流体机械中（如泵、压缩机、搅拌釜、离心机等），工作条件最苛刻的部件要算机械密封。（1）象推力轴承那样承受轴向力（2）象散热器那样把产生的热量导出（3）在高温高压易腐蚀情况下，静密封已经很困难，还要在高速旋转中，在几毫米宽的密封面上实现动密封就更加困难。2、辅助系统可以改善密封工作环境（1）无辅助系统，就只能改进密封结构，提高材质。（代价高，不能从根本上解决问题。）（2）实际工作中，不用任何辅助设施的机械密封几乎没有。如高压使用的串联机械密封、高温泵机械密封都必须采用相应辅助设施。（3）（通过辅助系统）苛刻工况变为密封可接受工况（机械密封效果大大提高，使用范围更加广泛，对密封本身材料要求降低，机械密封成本下降。）3、机械密封端面摩擦热（会导致端面温度升高）得以控制端面摩擦热过高有下列危害：（1）液膜汽化磨损加剧密封失效；（2）端面热变形加大泄漏和磨损；（3）加剧腐蚀；（4）辅助密封圈老化变质从而失效；（5）石墨浸渍物碳化或熔化而产生泄漏。所以端面温升是机械密封的大敌。4、采用辅助系统的目的（1）减小温升，保持端面良好润滑（使机械密封各零件良好、正常地工作）。（2）（在易汽化介质中）保持密封腔压力高于饱和蒸气压，使之不汽化。（3）在低温泵中保温和供热。（4）对于有固体颗粒出现的结晶和强腐蚀介质的密封，能保持密封不受损坏。5、较好工况下，采用辅助系统，会提高密封稳定性和使用寿命。（有的密封工作温度、压力、转速不太高。不用辅助系统也可以工作。）6、辅助系统属于机械密封的组成部分（根据不同工况采用不同的辅助系统。国际上通用的美国石油学会标准（离心泵API610）对此都作了具体规定）。二、什么是辅助系统1、定义为改善密封工作环境，采用许多元件和设施组成一个系统，通过冲洗、冷却、过滤、分离和保温的方式，实现对密封的润滑、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。这种用来改善机械密封工作条件的辅助设施被称为机械密封的辅助系统。它由许多元件组成，包括过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、压力罐、增压罐、各种监测仪表、管路、管件等组成。实际工作中可用一种或几种，根据工作条件而定。冲洗是一种控制温度、延长机械密封寿命的最有效措施。冲洗的目的在于带走温度和热量、降低密封腔温度，防止液膜汽化、改善润滑条件、防止干运转、、防止杂质集积和气囊形成。冲洗实际上是直接冷却的方法，它有，正向直通式冲洗、正向旁通式冲洗（也叫正向冲洗）、反向旁通式冲洗、也叫（反冲洗）、全冲洗、及综合冲洗。冲洗液的来源有内冲洗、外冲洗。按冲洗入口布置有，单点冲洗、多点冲洗。三、机械密封冲洗的方法1、正向直通式冲洗、即在泵的内部将出口流道与密封腔贯通，依靠它们的压差，维持介质从泵出口流到密封腔的正向流动，达到冲洗的目的。由于未经净化及降温处理，只能由介质将密封腔的摩擦热带走，起控制温度的作用。常用于内装式单端面机械密封简图5－1正向直通式冲洗Q/D=急冷/排液2、正向旁通式冲洗（也叫正向冲洗）正向旁通式冲洗（也叫正向冲洗）即将介质从泵的出口引出，经旁通管，通过孔板节流，再进入密封腔，依靠泵的出口与密封腔的压差，维持介质的正向流动，达到冲洗的目的。再旁路管中可以根据需要接上漩涡分离器、换热器等可以起到控制温度。控制磨蚀、用于内装式机械密封。图5－25－2正向旁通式冲洗F=冲洗一般在密封压盖上能看到F的字头3、反向旁通式冲洗、（也叫反向冲洗）即将介质从密封腔引出，经旁通管，通过节流孔板、再回到泵的入口依靠密封腔与泵入口的压差，维持介质的反向流动，达到的目的，能起控制温升、防止杂质沉积的作用。此种冲洗方法适用于介质温度低于80℃以下的介质，常用与密封压力与排出压力差极小的场合。图5－3孔板5－3反向旁通式冲洗流程4、介质循环冲洗，利用装在泵轴或轴套上的循环轮依靠旋转产生泵效作用，使密封流体循环的部件。介质从密封腔引出，经过换热器在回到密封腔进行冲洗，并用节流套控制工作介质与密封腔介质的热传导，控制温度作用。常用于内装式单端面机械密封。图5－4图5－5换热器介质循环冲洗循环轮循环轮5－5图5－4图5、是一种利用泵本身的介质经过泵的出口进入冷却罐冷却后，在进入密封腔的方法。见图5－6,一般冲洗油的压力应高于密封腔的0.5～1MPa或采用孔板控制密封的冲洗量。对于高温泵的冲洗温度应低于60℃为宜。（国际标准不应高于80℃）冷却器冲洗压力调节阀冲洗介质入口压力表5－6用自身介质冷却后冲洗密封流程图6、两项冲洗对于双支承泵可采用两向冲洗，出口端密封腔压力高于入口密封的压力将两端密封腔连接起来，对泵出口端是反向冲洗，泵的入口端是正向冲洗，故称为两向冲洗。简图5－7图5－7两项冲洗7、外冲洗（注入式）对于内装式单端面密封当液体不适宜作密封流体时，比如介质中含有固体颗粒，如：炼油厂的催化裂化的油浆泵、或常减压的底泵等，都需要从外部引进冲洗液如练厂的腊油柴油，注入到密封腔来改善密封的工作环境。见图5－85－8注入式冲洗三、机械密封的冲洗方向进入密封腔的冲洗方向常用的有A单点径向冲洗、B单点轴向冲洗、如图5－95－101、单点冲洗、冲洗孔的直径不要小于5mm单点轴向冲洗2、多点冲洗有，径向冲洗和轴向冲洗两种。图5－11、图5－12冲洗入口密封压盖径向多点冲洗孔5－12多点径向冲洗5－12多点轴向冲洗叶轮局部循环冲洗3、利用密封本身转动的件上开凹槽、钻孔、螺纹起到泵的效应作用，叶片轮与外接换热器形成叶轮局部循环冲洗。这种方法常用与泵出口压压差很小的场合。一般用于热水泵或热油泵上，双端面密封的常压端。详见照片5－13在动环座上开凹槽在动环座上钻孔5－13在密封件上开槽或钻孔四、机械密封冲洗压力的控制冲洗压力要适当，压力太小冲洗液无法进入密封腔，或进入的流体太少，对于高温泵起不到冷却作用。冲洗压力太大浪费能源,冲洗压力应高于机械密封的工作压力0.05～0.10MPa可用手阀人工调节。1、密封腔的压力的确定，密封腔的压力与泵的支承结构有关，双支承和悬臂式泵密封腔的压力不同。对于双支承泵单级双吸式叶轮，两端密封腔压力等于泵的入口压力，2、两级双支承泵，入口端的密封腔压力等于泵的入口压力，出口端的密封腔的压力等于出入口压力之和的一半，对于悬臂式的两级离心泵（80y－100x2）密封腔中的压力等于泵的入口压力，与叶轮的口环间隙有关，还与密封底套间隙有关、如果密封底套间隙小密封腔的压力就小，机械密封底套可以做成石墨底套，减小密封底套间隙、可以降低密封腔的压力。口环间隙不大时，基本等于入口压力，密封腔的压力比泵的入口压力高0.05～0.10MPa密封腔的压力最好是实测一般在冲洗管线上按装压力表。3、对于用平横盘（鼓）平衡轴向力的多级双支承泵；入口端密封腔压力等于泵的入口压力。出口端密封腔压力，取决于平衡鼓的经向间隙当（直径）间隙在0.4～0.5mm时，密封腔的压力比泵的入口压力高0～0.05MPa当间隙在0.75～0.90mm时密封腔的压力比泵的入口压力高0.25～0.35MPa五、热油泵的冲洗液选择热油泵最为典型的是常减压蒸馏装置中的常压塔底泵，减压塔底泵，催化裂化装置中的油浆泵等。它们的共同特点是：温度高360~370℃，介质中含有杂质，粘度较高，是炼油厂中机泵维修工作的难题之一。为改变机封的工作环境，常采用注入式冲洗，（指单端面机封）有的单位冲洗液用柴油，在炼油厂虽然易得到，其他性能也较好，但是它毕竟是产品，再和上述重油混合，在经济上是不合算的。更主要的是容易引起泵的抽空，（因柴油是170~360℃组分，在270~300℃有50%以上组成汽化，350℃时90%以上组分汽化）。显然，轻柴油对上述热油泵不适宜。用催化装置的原料油（蜡油）作冲洗流体就克服了上述缺点。既降低了成本（蜡油不是产品），又避免了泵抽空。为降低蜡油粘度，常控制其温度在100℃左右。六、烷基化装置中浓硫酸泵的冲洗液的选择对用浓硫酸作催化剂的烷基化装置，腐蚀性很强，自冲洗显然不行，只好用注入式冲洗。冲洗液用柴油可以，但是该装置没有。水也不能用，它会影响生产，也加剧腐蚀。根据对冲洗液的要求，选择该装置的产物（C4~C9混合物），该混合物从密封进到泵内后不降低酸的浓度，和酸一同经泵进入反应器，仅仅少量的反应产物在泵和反应器之间循环而已，改善了密封工作环境，延长了工作寿命。七、轻烃、轻油泵密封冲洗液的选择轻烃、轻油：粘度低，较清洁，饱和蒸汽压较高，容易汽化。根据这些特点，冲洗液应降低端面温度，保持密封腔压力，使介质不汽化。常用正向自冲洗，多点冲洗或单点的切向冲洗，冲洗液在密封腔中流动方向和轴旋转方向一致。根据冲洗量的要求，在冲洗管路上加相应直径的限流孔板，最好在孔板上游再加过滤器（开工初期系统杂质较多）。如介质温度稍高，可在密封腔的夹套中，通冷却水，降低密封腔温度。如果介质温度很高，可在冲洗管路上加冷却器。对轻油泵，可在密封压盖上通冷却水，但是轻烃泵不用，防止泄漏时结冰。八、辅助设施在何种工况下必须选用1．工作温度超过密封件允许温度2．高粘度、低粘度及易挥发介质3．有毒及有害介质4．含有机械杂质及结晶介质5．重型机械密封6、介质中含有固体棵粒的九、机械密封的辅助设施包括那些内容1、机械密封的辅助措施是许多元件统称。有过滤器、旋液分离器、限流空板、（孔板是用来控制流量的器件。常用于介质冲洗的密封系统。孔板小孔的规格尺寸有I1.5、2.0、2.5、3、3.5、4，4.5、5、5.5，6、7、8、9、10mm。流量范围2～40L／min而我们炼化常用的孔板为3.5、4，4.5、之间）。冷却器、压力罐、各种监测仪表管路管件组成。实际工作中可用一种或几种，可根据具体条件选定。2、机械密封的冷却冷却的目的就是去热降温，冷却的方式有直接冷却和间接冷却前面介绍的实质上是一种直接冷却的方式，间接冷却的效果与直接冷却要差一些，但是对冷却液要求不高，间接冷却的方法有：密封腔夹套、压盖夹套、静环夹套。还有换热器冷却3、背冷背冷是一种将冷却剂（水、油等）直接从静环背面冷却静环的冷却方式。其冷却效果良好，能直接迅速冷却静环背面，有叫（急冷）它通常与冲洗方式结合使用。当介质凝固性强易结晶的液体都采用蒸气冲洗。图5－145－14背冷式冲洗十、机械密封符号所代表的意义1、在机械密封装配图上和机械密封压盖上经常看到一些符号它们分别代表的意识是：B：封液C：冷却H：加热D:排液V:排气孔F：冲洗Q：急冷（阻封）I表示“内”O表示“外”例如：内急冷QI表示、外加热用HO表示2、机械密封冲洗方案及代号①图5－15QI=内/急冷HCI=加热/制冷入口HCO=加热/制冷出口F=冲洗Q/D=急冷/排水QO=排液BO=封液B1＝封液入口QD=急冷封液经过压盖的入口按旋转方向经封液出口循环。同时还有QD的急冷的方法图5－16③图5－17自泵排出口F=冲洗Q/D＝急冷/排液V＝排气(可选)自泵的出口经过虑网和节流孔板到密封腔的循环，增加了过虑网可以过滤微小的颗粒一般不推荐采用过虑网。如果过虑网堵塞易造成冲洗中断。V图5－18F1＝冲洗入口F2＝泵的出口Q/O＝阻封/排水V＝排气口从泵的排出口经节流孔板到密封腔同时从泵的密封腔经节流孔板到泵的吸入口的循环，介质进入密封腔进行冷却，另一方面通过不断的排气达到减少密封腔压力的作用。图5－18自泵排出口至泵吸入口F＝冲洗从排出口经过漩涡分离器将清洁的介质送入密封腔循环，固体颗粒则被送入泵的入口。