机械密封API682标准冲洗方案.docx

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机械密封API682标准冲洗方案

  机械密封API682标准冲洗方案

PLAN11出口自冲洗

介质由泵的出口经管线进入机械密封实施冲洗。

适用情况：

1.清洁介质（介质本身须清洁）

2.介质温度不高于110℃

3.泵进出口间的压差不能大于10Bar

大于10Bar．则需设节流阀）

PLAN13入口自冲洗

介质由入口经管线进入机封实现液体的循环流动

适用情况：

1.泵进出口压力差大于10Bar

2.清洁介质

3.介质温度不高于110℃

PLAN21出口冷却自冲洗

介质由泵的出口经冷却器降温后，再进入机械密封，实现对密封的冷却.

适用情况：

1.介质温度高于110℃

2.清洁介质

PLAN52不加压冷却方式

利用压力小于工艺流体压力但不低于大气压力的阻隔流体，注入密封室中。

由于隔流体压力小于工艺流体压力，少量工艺流体泄漏至阻隔流体中，被阻隔流体出密封室，到密封系统或放空系统中进行处理，从而避免工艺流体的直接排放大气和环境的污染。

技术要求:

1.低压阻隔流体防止渗漏，但阻隔液压力不得低于O．7公斤／厘米

2.阻隔流体须清洁，润滑，且和介质相溶

3.阻隔流体的流向应与轴的旋向相同

适应场合:

低沸点、易汽化的介质

危险品

不允许介质被污染的制药行业

PLAN53加压冷却方式

利用压力大于工艺流体和大气压力的阻隔流体注入密封室中，由于阻隔流体压力大于工艺流体压力，防止了工艺流体向阻隔流体的泄漏，从而有效地防止工艺流对大气和环境的污染。

技术要求:

1.阻隔流体压力至少比密封腔压力高1—2公斤／厘米2.阻隔流体须清洁，润滑，且和介质相溶

3.阻隔流体的流向应与轴的旋向相同

适应场合:

易结晶或固化的介质

易聚合介质

常温含颗粒的介质

PLAN54加压冷却方式

利用加压泵给阻隔流体加压，压力比工艺流体压高1—2公斤／厘米2一方面，提高阻隔流体的循环速度，加快对密封面的冷却；另一方面，阻止工艺流体通过侧密封向阻隔流体系统的泄漏，避免工艺流体对大气和环境的污染。

技术要求:

1.阻隔流体压力比密封腔工艺流体压力高1—2公斤／厘米

2.阻隔流体须清洁，润滑，且和介质相溶

3.阻隔流体的流向应与轴的旋向相同

适应场合:

高温含颗粒的介质

热流体

低温介质

机械密封及其管路系统的选用

.zgbfw.来源：

上海医药工业设计院日期：

2006-9-19访问：

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一、概述

随着环境保护和人类健康要求的提高，对机器的泄漏要求也不断提高。

由于机械密封泄漏量很小，密封可靠。

因此自1885年，英国产生第一个机械密封以来，机械密封被广泛应用于化工、石化和医药装置中。

目前70～80％的工业用泵配备机械密封。

API610《石油、重化学和天然气工业用离心泵》（CentrifugalPumpsforPetroleum,HeavyChemical,andGasIndustryServices）要求泵的连续运转周期至少为3年。

这就要求机械密封的连续运转周期也需达到3年以上。

虽然近年来机械密封技术发展很快，集装式机械密封的不断完善及新材料的不断应用，使密封寿命大大延长，泄漏量也大大减少。

但要满足这一条仍相当困难。

据统计，密封引起的故障占全部机器故障的40％以上。

造成这一现象的原因，一是作为泵机组中的动密封，其本身所处的工作条件、所起的作用所决定。

二是许多国设计单位以及工程公司（包括用户）认为密封选用是泵厂和密封厂的事情，往往对机械密封的选用参数、类型、结构和原理以及管路系统了解不深，难以参与机械密封的选用工作，造成密封的选型不当。

本文从选用的角度，介绍机械密封的选型参数、类型、结构、标准和试验，并通过选用举例作进一步的阐述。

二、机械密封选型参数

机械密封的选型参数如下：

1．输送介质的物理化学性质，如腐蚀性、固体颗粒含量和大小、密度、粘度、汽化压力，介质中的气体含量，以及介质是否易结晶等。

2．安装密封的有效空间（D与L）等。

3．工艺参数

（1）密封腔压力P

密封腔压力指密封腔的流体压力，该参数是密封选用的主要参数。

确定密封腔压力时，除需要知道泵进口和出口压力外，还需了解泵的类型和结构。

对新采购的泵，最方便、可靠的办法是向泵制造厂了解密封腔的压力数据；对现场在役设备，确认密封腔压力最简单的办法是在密封腔上装设压力表。

为方便密封选用，表1给出了供参考的密封腔压力值Pm。

表1不同类型泵的密封腔压力值Pm（供参考）

泵的类型估算公式

后盖板带背叶片、耐磨环Pm=Ps+0.25（Pd-Ps），式中，Ps攫泵进口压力，Pd攫泵出口压力，下同。

后盖板带平衡孔Pm=Ps+0.10（Pd-Ps）

带背叶片和平衡孔Pm=Ps

后盖板有耐磨环，无平衡孔Pm=Ps+1.8bar

开式叶轮，无后盖板和平衡孔Pm=Ps+C（Pd-Ps）注：

C=0.1（最大叶轮直径）,C=0.3（最小叶轮直径）

后盖板无耐磨环，无平衡孔Pm=Ps（大部分立式泵均如此）

双吸泵Pm=Ps

多级泵

根据平衡管、平衡盘和平衡鼓的布置来分析，密封腔压力有时等于进口压力，有时是某一中间级出口压力，有时是泵的出口压力

（2）流体温度T指密封腔的流体温度。

（3）密封圆周速度V指密封处轴的周向速度，按下式计算。

V=πnd/60

式中d攫轴径，m；

n攫泵轴转速，r/min。

三、机械密封型式的确定

1.推压型和非推压型密封

推压型密封：

指辅助密封沿轴或轴套机械推压来补偿密封面磨损的机械密封，通常就是指弹簧压紧式密封，如图1。

非推压型密封：

辅助密封固定在轴上的机械密封，通常为波纹管密封，如图2。

图1推压型机械密封图2非推压型机械密封

推压型密封和非推压型密封特点的比较见表2。

表2推压型密封和非推压型密封特点的比较

推压型密封非推压型密封

压缩单元单弹簧或多弹簧金属波纹管或橡胶波纹管

轴的辅助密封动态静态

商业用尺寸围13～508mm18～305mm

温度围-268℃～232℃-268℃～427℃

压力围20.69MPa2.41MPa

特点尺寸围大

高压

适宜于特殊设计

适宜于采用特殊金属零部件少

固有的平衡型结构

静环磨损后，动环能自由前移

高温

价格一般较低一般较高

2.平衡型和非平衡型密封

（1）载荷系数K

其计算公式如下：

装式密封：

外装式密封：

式中d2攫密封环带的外径；

d1攫密封环带的径；

db攫密封的平衡直径，见图3，4，5。

（2）端面比压Pc

其计算公式如下：

式中Ps攫弹簧比压；

l鹁鸱囱瓜凳该芊舛嗣婕淞魈迥て骄沽m与密封流体压力P的

比值。

对于水，l?

0.5。

（3）平衡型和非平衡型密封

密封腔中的压力作用在动环上形成了闭合力，端面间的液膜形成开启力。

载荷系数K>1，密封为非平衡型密封，如图1。

一般非平衡型只能用于低压。

当压力大于一定的限度，密封面间的液膜就会被挤出。

在丧失液膜润滑及高负荷的作用下，密封端面会很快损坏。

非平衡型密封不能平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而上升。

载荷系数K<1，密封为平衡型密封，如图3，4。

装式密封轴上的台阶使密封端面延径向移但不减少密封面的宽度。

密封的开启力不变，但由于动环有较大的面积暴露在液体中，因此，闭合力被平衡了相当一部分。

外装式密封的平衡方法除作用力方向恰好相反外，其余与装式密封相同。

在这种情况下，要增加闭合力中的液压的份额，以抵销密封端面间液膜的开启力，如图5。

平衡型密封能部分平衡液体对端面的作用，端面比压随流体压力的上升而缓慢上升。

一般非平衡型只能用于低压，但对润滑性能差，低沸点，易汽化介质及高速工况，即使在低压下，也应选用平衡型密封。

因为对于非平衡型密封，当密封腔压力上升时，会将密封端面间的液膜挤出，使密封面很快损坏。

平衡型密封能用于各种压力场合。

API682中规定除无压双重密封的外侧密封允许采用非平衡型密封外，其余都应是平衡型密封。

图3装式非平衡型机械密封

图4装式平衡型机械密封

图5外装式平衡型机械密封

3.单端面密封、无压双重密封和有压双重密封

单端面密封：

只有一对摩擦副，结构简单，制造、拆装容易，一般只需设置冲洗系统，不需要外供封液系统。

如图3，4，5。

有压双重密封（原称为双端面机械密封）：

有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，密封腔通入比介质压力高0.5~1.5bar的隔离液，起封堵、润滑等作用，隔离液对侧密封起到润滑作用。

如图6。

无压双重密封（原称为串联密封）：

有两对摩擦副，结构复杂，需要外供封液系统，密封腔的缓冲液不加压，工艺介质对侧密封起到润滑作用。

如图7。

一般情况下，应优先选用单端面密封，因为单端面密封结构简单，使用方便，价格低。

但在以下场合，优先选用双重机械密封。

（1）有毒及有危险性介质。

（2）高浓度的H2S。

（3）易挥发的低温介质（如液化石油气等）。

随着社会对健康、安全和环境保护的愈来愈重视，无压双重密封的使用量逐年上升，该种密封可广泛用于氯乙烯、一氧化碳、轻烃等有毒、易挥发、危险的介质。

无压双重密封的侧密封（第一道密封）是主密封，相当于一个单端面装式密封，其润滑由被密封的介质担当。

密封腔注满来至封液罐的液体，未加压。

侧密封一旦失效，导致密封腔的压力提高，即能由封液罐的压力表显示、记录或报警。

同时外侧密封就能在维修前起到密封和容纳泄漏液体的作用。

对一些有毒、含颗粒介质（或腐蚀性相当厉害的介质），一般可考虑以下方法：

（1）采用合适的环境控制措施，如外冲洗＋带旋风分离器的管路冲洗系统。

（2）采用有压双重密封。

有压双重密封隔离液的压力高于介质压力，因而泵送介质不会进入密封腔。

侧密封起到阻止隔离液进入泵腔的作用。

因此当输送诸如粘性、磨蚀性及高温介质时，侧密封由于没有暴露在介质中，因此可以不用昂贵的合金制作。

外侧密封仅仅起到不使隔离液漏入大气的作用。

图6有压双重机械密封

图7无压双重机械密封

4.装式和外装式密封

装式密封：

指机械密封安装在密封腔，如图3，4。

外装式密封：

指机械密封安装在密封腔外，如图5。

由于装式密封的受力情况好，比压随介质压力的增加而增加，其泄漏方向与离心力方向相反，因此一般情况均选用装式机械密封。

API682中明确标准型的机械密封为装式密封。

只有当介质腐蚀性极强时，且又不想考虑用有压双重密封时，才考虑选用外装式机械密封。

5.旋转式和静止式机械密封

旋转式机械密封指补偿环随轴一起转动的机械密封。

静止式机械密封指补偿环不随轴一起转动的机械密封。

一般情况下均选用旋转式机械密封，但在轴径较大，转速较高（密封圆周速度/?

5m/s），由于弹簧及其它旋转元件产生的离心力较大，动平衡要求高，消耗的搅拌功率也大，应选用静止式机械密封。

此外如果介质受强烈搅动易结晶时，也推荐采用静止式机械密封。

6.单弹簧和多弹簧机械密封

单弹簧机械密封，结构简单，弹簧可兼起传动作用，但端面比压不均匀，不适用于高速运转。

多弹簧机械密封，结构复杂，弹簧不能兼起传动作用，但端面比压均匀，适用于高速运转。

一般情况下，推荐选用多弹簧机械密封。

如API682中明确推压型的标准密封为多弹簧结构。

四、密封管路系统的选择

单端面机械密封，无压双重密封的侧密封的密封管路系统的选择见表3，节流衬套、辅助密封装置和