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泵用干氣密封的典型結構及特點
2024-01-03
干氣密封目前不僅在離心壓縮機得到廣泛的應用，在離心泵上的使用也逐漸增多。對于不同的工況條件，泵用干氣密封可采用不同的結構形式。實際應用中，主要有兩種結構：
1、泵用機械＋干氣組合式密封（CM1B/1G型）
該密封為介質側機械密封和大氣側干氣密封前后串聯布置的結構。第一級的機械密封為主密封，第二級干氣密封是作為安全密封來使用的。第一級機械密封基本上承受全部的壓差，該密封工作在泵輸送的工藝介質中。第二級干氣密封通常情況在很低的壓差下工作。由于其摩擦副始終保持在非接觸狀態下運行，沒有任何磨損，在一級機械密封損壞前能夠一直處于理想的運轉狀態，故干氣密封是做為安全密封適合的型式。
根據介質的性質及不同的環保要求，該結構還可分成以下兩種形式：
第二級干氣密封的工作氣體可以來自主密封的氣態泄漏（PLAN71），對于一些介質（例如部分液態烴類），壓力的釋放會使其由液相轉換為氣相。當主密封失效時，會導致密封腔體中的壓力升高，使干氣密封自動閉合，并以液體潤滑形式工作。密封腔壓力升高,可由從密封腔體引出的一個壓力開關探測到，當主密封失效壓力升高至設定值時會引起開關報警，操作人員及時切換至備用泵。這樣逸出到環境中的介質是非常有限的。這種方法的一個優點在于它不需要一個緩沖氣體供應系統及火炬條件，是一種非常經濟的解決方案，但它依賴于介質的物理特性。
當環保要求很高，介質氣體易燃、易爆、危險性大而要求外漏極少時，第二級的干氣密封就需外部氣源提供緩沖氣（PLAN72）。使用緩沖氣的目的是將泄漏氣體輸送去火炬,同時引入帶壓的緩沖氣還可相對降低第一級機械密封所承受的壓差，抑制一級密封的泄漏，潤滑安全密封。干氣密封在一定的壓力下可以更理想的運行，同時緩沖氣還可對少量漏出的介質氣起到稀釋作用。
PLAN72系統見上圖，在一般情況下，用氮氣作為緩沖氣。氮氣經過濾、調壓流量計、壓力開關及單向閥后輸入至干氣密封的密封腔內,少量氮氣會從干氣密封的端面漏出(通常＜20Nl/h)。在緩沖氣和機械密封之間設置有排放通道，根據介質物理特性的不同，分為向下（PLAN75）和向上（PLAN76）兩種排放方式。
如果由機械密封端面泄漏的介質為不易揮發的流體，系統采用向下排放的方式（PLAN75，見下圖）。在泵體下方設置一集液罐收集泄漏物，對氣、液分別進行分離排放，同時通過壓力表及壓力開關對密封運行狀態進行監控。
如果由機械密封端面泄漏的介質以不會凝結的氣相存在，系統則采用向上排放的方式（PLAN76，見下圖）。將排放的氣體引至火炬或高點放空，同時通過壓力表及壓力開關對密封運行狀態進行監控。
在泵腔尺寸允許的情況下，可在第一級機械密封與第二級干氣密封之間加襯套或梳齒密封節流。一方面，該襯套減少了緩沖氣的消耗，主密封失效時可降低介質進入安全密封的壓力，另一方面，泄漏的危險氣體將被緩沖氣完全帶入一個封閉、安全的系統如火炬。
機械＋干氣組合式密封結構與普通串聯機械密封相比，有以下顯著優點：
（1）延長了主密封的壽命
一級機械密封出現允許范圍內的微量泄漏是很正常的，微量泄漏會很快使二級機械密封封液系統的壓力升高，導致密封未失效而需停車檢修。為了避免這種情況，有些廠家采用很高的密封端面比壓來減小主密封的泄漏量，由于揮發性介質的潤滑性很差，主密封的磨損很快，壽命提高非常有限。干氣密封做安全密封就能很好地解決這個問題, 一級機械密封的微量泄漏可通過二級干氣密封輸送到火炬系統，且一級機械密封的微量泄漏導致二級干氣密封腔壓力的升高會抑制機械密封端面的汽化，又減少了機械密封的泄漏，延長了主密封的壽命。我們為茂名乙烯提供的這種干氣密封將其壽命由普通串聯密封四個月提高到了兩年。
（2）大大提高了密封系統的安全性
普通串聯密封的安全密封與主密封處于同時磨損狀態，且主密封泄漏出的介質在第二級密封腔內汽化，使第二級密封常在汽、液相混的狀態下工作，這樣就使二級密封的壽命縮短，當主密封失效時安全密封的狀況常常也難以樂觀，甚至先于主密封失效，從而導致事故。干氣密封平時處于非接觸無磨損狀態，其壽命是機械密封的很多倍，對于提高系統安全性的意義不言而喻。
（3）卓越的環保性
普通的串聯式機械密封，介質經過主密封端面漏出后進入封液，經安全密封端面泄漏的封液必然含有部分工藝介質，在主密封泄漏加大甚至失效時介質的現場外泄不可避免。而采用干氣密封后，正常情況下介質的泄漏均被引至火炬或集液罐，而完全杜絕了介質向現場的泄漏。其突出的環保性使很多用戶選用該型式的主要依據。
（4）降低維護頻次，經濟實用性好
由于壽命的提高和密封驅動功率的減小，氣體控制系統的制造成本也低于封液系統，故其經濟性遠優于普通串聯密封。
2、雙端面干氣密封（CM1GD型）
雙端面泵用干氣密封相當于面對面布置的兩套單端面密封（見下圖），有時受軸向尺寸的限制兩套密封可共用一個動環。它適用于沒有火炬條件，允許少量緩沖氣進入工藝介質中的情況。
雙端面干氣密封其介質側密封是主密封，大氣側密封用來密封緩沖氣，當介質壓力驟升或氣源壓力驟減導致主密封損壞時，它又起到安全密封的作用。雙端面泵用干氣密封必須要有外部氣源提供的緩沖氣（通常為氮氣），緩沖氣的壓力高于被密封的介質壓力0.175MPa以上。密封工作時，緩沖氣的總消耗量大約在10至40NL/h，其中大部分緩沖氣通過大氣側密封端面漏入大氣，其余少量氣體由介質側密封端面進入介質，從而保證了工藝氣體不會向大氣泄漏。如緩沖氣體供應中斷，密封也可象液體潤滑機械密封一樣運行，此時介質側密封在壓力作用下關閉。緩沖氣供應系統中的單向閥可阻止介質進入系統。工藝介質也可潤滑冷卻介質側密封端面。這種情況下，可能有一定的泄漏進入密封腔體。在泄漏的介質到達大氣側密封前，該密封會一直以氣體潤滑方式運行。因此，雙端面密封結構主要用于有毒、易燃易爆、壓力不高的清潔介質，特別適用于不允許封液對物料有污染的食品加工和醫藥加工過程。
雙端面型泵用干氣密封可以保證工藝介質的零泄漏，同時它的壽命遠高于普通機械密封，一般情況下可以達到一年以上，具有很高的推廣價值。這種結構形式密封的緩沖氣的控制系統PLAN74與前面機械干氣串聯式結構的控制系統PLAN72非常類似（見下圖），在阻隔泵送流體泄漏的同時對密封運行狀態進行監控，可以保證該密封足夠安全的運行，而且不需要泄漏排放系統，結構更簡單。
3、泵用干氣密封系統的特點
與壓縮機相比而言，泵用干氣密封的緩沖氣控制系統要簡單得多，甚至也比許多機械密封輔助系統簡單。機械＋干氣組合式密封控制系統通常由PLAN72＋PLAN75或PLAN72＋PLAN76組成。緩沖氣經過過濾器、調壓閥、流量計后進入密封腔，需要監測和報警只有密封腔壓力和流量，主密封損壞導致密封腔過高由壓力表和壓力開關來監控，安全密封損壞由流量計監控。這種簡單的設計主要基于成本考慮，泵的重要性遠不如壓縮機，更主要的因素是都有備用泵，加之泵輸送的都是液體，主密封損壞后安全密封可以作機械密封使用，而壓縮機則無法做到。所以其控制系統只要滿足基本需要即可。
4、泵用干氣密封改造及安裝
泵用干氣密封改造的基本條件是現場必須具備氮氣氣源。氣源可來自廠內，也可來自氮氣瓶或專門的氮氣發生器。實際改造中常遇到的問題是密封腔的尺寸不足，這是因為干氣密封的端面寬度比普通密封寬得多造成的，這對結構設計提出了更高的要求。改造能否成功的另一個關鍵因素是清潔工作是否徹底，特別是雙端面密封，緩沖氣進入密封腔后唯一的出口就是密封端面，如果管路或密封腔內有雜質，其進入端面的可能性就很大。如果設計選型合理，干氣密封可以達到非常理想的使用效果。
（來源：網絡）
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