泵用干气密封工作原理及应用

【摘要】分析了泵用干气密封的工作原理、特点及受力分析；介绍了在液态烃泵上采用双端面干气密封的一个应用实例。为用户在装置关键离心泵上选择、使用干气密封提供指导。

【关键词】干气密封 离心泵 非接触

1 前言

离心泵作为石油化工生产装置中最常用的动设备，约占机泵总用量的90%左右。机械密封是离心泵比较常见的轴端密封形式。由于泵输送的大多是容易燃烧、发生火灾爆炸、泄漏后对环境污染严重危险介质，因此对机械密封的要求就相对比较高，普通的接触式机械密封满足不了生产的要求，以保证安全、满足生产为目标，密封研究人员研发具有非接触、无磨损、低能耗等特点的新型机械密封就显得尤为重要。

新型机械密封具备干运转、动静环不接触、动静环之间利用工作时形成气膜来润滑的特点，是对机械密封的另一种诠释。为了达到工艺介质的零逸出、零泄漏，新型机械密封采取“以气封气”或“以气封液”两种方式（表1）。

2 泵用干气密封的工作原理

由旋转环（动环）、静环、弹簧、密封圈以及弹簧座和轴套组成典型的干气密封形式，并在旋转环的密封面上加工流体动压槽并进行抛光打磨处理。工作原理如图1所示：旋转环被安装在机泵转动轴上，当转动轴转动时旋转环跟随一起转动，致使密封气体沿着动压槽由外沿向内运动，动压槽围堰的节流作用使进入动压槽内的气体被压缩，随着动静环之间气体压力的逐渐升高，在密封面之间形成气膜使动静环分开，由于气膜的压力是一定的，当动静环之间的距离达到一定程度时，气膜被破坏，压力开始降低，动静环之间的距离开始变小，当距离减小至开始条件时气体压力又开始升高，形成新的气膜。如此周而复始的重复建立新气膜、旧气膜被破坏的过程。这个过程时间极短以至于被密封的介质来不及发生泄漏。

3 干气密封静环受力分析

4 应用实例

某装置的液态烃泵（P-304AB）为一国产卧式单级离心泵。现场安装两台，一开一备。其作用是用液化气打进稳定塔上部，提供回流。液化气泵的运行条件为：介质名称：液化气；机泵入口压力：1.0Mpa：额定流量：44 m3/h ；机泵出口压力；1.68Mpa；密封介质：液化气；正常流量：29 m3/h；最小稳定流量8m3/h；入口温度：50℃；电机转速：2950rpm；密封轴径：43mm 。采用单端面波纹管式机械密封（此种密封在P-309发生过密封失效情况），2012年10月高危泵改造时将P-304AB改为串联式干气密封，第一级为平衡型机械密封，密封介质为液化气；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.3MPa左右，由于干气密封端面上加工有单向螺旋动压槽，因此密封只能单向运转，正常情况下，机械密封（介质侧即第一级密封）作为主密封起作用，干气密封（第二级）为辅助密封，其主要作用：第一：提高主密封的背压，减少密封面的磨损，延长主密封使用寿命；第二：当主密封失效时，干气密封可以短时间起到备用密封的作用，同时干气密封腔出口压力表达到0.5MPa时，DCS显示压力高报，说明内侧主密封泄露过大，需检修更换；防止意外事故发生，增加了安全系数。

5 结语

从P-304AB改造为串联式干气密封的运行情况可以看出，此类串联式干气密封完全可以满足具有易气化、易挥发、危险性大的液态烃泵的运行要求，从而保证装置长周期安全运行，实现被密封介质的零逸出与零泄漏。

泵用干气密封在日常操作中应注意：

（1）启动安装串联式干气密封的离心泵时，启动前必须先充入氮气，与密封腔内被密封的液体介质压力相比充入氮气压力要高出0.2-0.3Mpa ，根据机泵本身的结构、轴向力平衡方式等条件计算密封腔内被密封的液体介质压力；

（2）当介质侧主密封损坏，液化气大量泄露时，应立即停泵并打开限流孔板旁路阀，将介质快速泄放至火炬系统；

（3）机泵停止运转氮气不能停止，确保正常供气。机泵检修时先放完泵内介质，然后关闭氮气。

（4）若泵出现汽阻等现象造成流量压力发生大的波动，应立即处理，严禁干气密封腔压力高于介质压力，反压导致主密封加速损坏，带来大的风险。

参考文献

[1] 顾永泉，零逸出密封技术[J].流体机械，1997，25（6）：31-33

[2] 顾永泉，机械端面密封 [M].山东东营：石油大学出版社，1990

[3] 郝木明，胡丹梅，杨宝亮.泵用零逸出非接触式机械密封[J].流体机械，2002，30 （9）：13-17