高温重油泵双端面机械密封的研究与应用.pdf

石油和化工设备
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2013年第16卷
高温重油泵双端面机械密封的研究与应用
张巍
(中国石油大学山东石大科技集团,山东东营257061)
[摘要]高温重油泵采用接触式波纹管杋械密封,易发生热油泄漏着火,不仅造成物料籵损失,还带来严重的安全隐患问
题。本文分析了高温重油泵机械密封的泄漏机理,对一种接触式与非接触式组合的双端面机械密封进行了研究,这种机械
密封方案可解决高温重油泵密封失效的问题,具有一定的工业推广价值。
关键词]高温重油泵;泄漏机理;双端面机械密封;研究
密封是机械设备的重要组成部分。凡与流体形式为波纹管机械密封
接触的可拆卸的设备以及机器中将两个流体空间
重油温度高(300℃以上),密度大、粘度
隔开并作相对运动(旋转或往复)的部件之间都高、凝固点低、油品酸值较高,预热不充分时,
存在密封问题。在炼油业中,存在大量高温热油粘稠的介质包裹着机械密封的动、静环及弹性
类易燃介质,这类介质包括常减压渣油、焦化原体。当机泵开始运转时,波纹管扭曲不平衡,动
料油、催化油浆等,具有高温、高粘度、低自燃静环脱开泄漏:高温介质进入密封腔后,极易造
点、高污染性等特性。在输送高温重油类介质的成密封面裂纹泄漏:渣油酸值高,对机械密封的
机泵中,离心应用最广泛。这类泵轴封一般采密封面和波纹管都有一定的腐蚀:高温热油极易
用机械密封,端面之间因介质易结焦,机械密封造成各密封点O形圈的老化失效;常压塔底渣油和
可能在颗粒摩擦不稳定状态下工作,导致密封失减压塔底渣油内有很多泥沙颗粒,进入机械密封
效,机封发生泄漏,引起着火,不仅损失大量物动密封面,造成密封面磨损高温重油泵泄漏。
料,还造成严重的安全问题和环境污染。随着环
由于原机械密封存在问题,造成了机封大面
境保护和安全生产要求的提高,对设备密封的要积的频繁泄漏,其密封失效的原因有:
求也在提高。高温热油泵需一种性能优良的密封
以满足安全生产和环境保护的要求。
(1)波纹管机封失弹或断裂引起的密封失效
波纹管在使用过程中,其刚度或弹性会慢慢
1高温重油泵机械密封失效原因分析
减小,试验和实际应用表明,当波纹管的失弹量
机械密封基本类型有:(1)接触式和非接触超过设计初始压缩量的18-20%时,整个波纹管机
式密封;(2)内装式和外装式机械密封;(3)械密封会发生泄漏。使用中发现,金属波纹管机
内流式和外流式机械密封;(4)非平衡式和平衡封在温度低于200℃时,失弹现象不明显,但在高
式机械密封:(5)单端面、双端面及多端面机械温工況下(温度超过300℃)使用,泵很快发生泄
密封。密封的基本形式有:波纹管机械密封、窄漏。还有一种情况,工作介质结晶沉淀甚至凝固
环刃边机械密封、集裝式机械密封、开浅槽机械在波纹管的缝隙中,波纹管变形能力減小甚至丧
密封等。
失变形能力。高温和载荷是造成波纹管失弹的主
高温重油泵机械密封的选用一直是一大难要原因。
题,如催化裂化油浆泵、常压塔底泵、初馏塔底
(2)配对摩擦副中石墨环的过度磨损引起密
泵、减压塔底泵、诚压蜡油泵、延退焦化的辐射封失效
进料泵等。高温重油泵的工作介质具有以下特
发生泄漏后,将失效的机封拆下检査,发
温度高:一般在300~-400℃;介质粘度大:在
300~400℃时,运动粘度为12~180mm2/s;介质含
作者简介:张巍(1983-)、男,山东东营人,山东理工大学机
械设计制造及自动化专业毕业,学士,助理工程师。现从事机泵维
颗粒:如催化剂、焦炭、砂粒等杂质;机械密封修及管理工作。
第3期
张巍高溫重油泵双端面机械密封的研究与应用
现石墨密封环磨损严重,金属波纹管机封的端面题,如密封介质易产生泄漏,造成物料损失和环
比压受波纹管的有效直径影响,而有效直径随压境污染;密封端面存在摩擦磨损、使用寿命短;
力的变化而改变,当波纹管受外压,其有效直径密封件易产生热变形、热裂、热胀失效等。随着
随压力的加大而逐渐缩小:当波纹管受内压,其安全、环保及节能要求的提高,炼化企业对高温
有效直径随压力的加大而逐渐加大。由于压力过重油泵密封装置使用性能的要求越来越高。
大,导致摩擦副摩擦严重,石瞾环过度磨损引起
为改善高温重油泵机械密封的状况,研究了
泄漏
种新型非接触式油膜机械密封
(3)配对摩擦副中硬质合金环的表面热裂引
2.1双端面机槭密封的结构和工作原理
起密封失效
液膜润滑非接触式机械密封与接触式机械
在生产使用中发现,密封摩擦副的硬质合金密封相组合的双端面密封结构:左侧为一非接触
环出现由硬面中心向外发散的许多粗细不一的径式波纹管机械密封,右侧为一接触式波纹管机械
向裂纹,这是热裂致的密封失效。产生热裂的
密封。工作原理为:首先,通过主压盖上的注入
主要原因是过高的局部热应力,其中硬质合金环孔通进洁净的冷却冲沈腊油,其压力可在一定范
与环座炳种材料的线膨胀系数存在差别,采用堆
内(0.3~0.5MPa)变化;右侧的接触式机械密
焊结构还是整体结构,密封冷却冲洗系统中冲洗封在运行状态下主要是阻止沖洗腊油向大气外泄
液的类型、冲洗方式和流量的大小等因素,都可
漏,而左侧非接触式机械密封能把少量的洁净腊
能引起密封端面发生热裂。
油(不超过5Lh)增压后泵送入密封箱内。该密
2双端面机械密封的研究
封结构的关键是设计的非接触式机楲密封能使低
单端面波纹管机械密封系统耐高温、耐腐歴腊油增压至超过重油的压力,有效阻止重油进
蚀、使用范围广,但在实际使用中存在许多问入机械密封的附近区域
荮接射式ぎ叙冷却
冷却
图1高温重油泵用新型机封结构
正常运行状态下,应通过压盖上的注入2.2双端面机械密封工作参数
孔通进洁净的冲洗蜡油,其注入压力控制在
双端面机械密封的参数主要有工况参数:
0.3~-0.SMPa之间。此时,尽管冲洗油的压力小于转速、压力等,密封性能参数:泵入量、端面温
密封重油的压力(大于0.6MPa),但由于非接触升、摩擦扭矩等。
式机械密封具有增压泵送作用,使腊油经非接触
(1)密封腔压力的测量
式机械密封后压力増加至大于密封重油的压力,
从而使少量的洁净腊油输送进泵内,能够彻底消
采用外加设备使密封流体循环和增压的实验
除重油的泄漏及对环境的污染,达到健康、安全
台,一般均直接测量密封腔的平均压力。采用在
和环保生产的要求。
密封腔上安装精密压力表测量密封腔介质和封液
的压力,压力表便于直接读数。