讨论泵用双重机械密封与泵用干气密封的选型对比

在煤制液化工厂中，存在许多有毒，有害，易燃，易爆的物质，如甲醇，乙烯，硫化氢，一氧化碳和轻烃。这种介质的泵送具有高密封要求，并且根据现代管理要求不允许泄漏。
目前，通常有三种使用技术，例如屏蔽泵，磁力泵，隔膜泵等无泄漏泵，当必须使用离心泵时，双机械密封或使用干气密封。在双密封适用的大多数应用中，使用干气密封在技术上是可行的。
因此，双密封和干气密封更好，经常困扰许多用户。本文以神华煤化工煤化工净化装置的主洗泵为例，对双密封和干气密封进行了简单比较，希望能为该领域的用户提供更多的参考。
机械密封
机械密封原理
机械密封是指在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）和辅助密封的配合下，防止由垂直于旋转轴的至少一对端面引起的流体泄漏的装置。
机械密封主要由以下四种类型的部件组成。主密封：1个静环，2个动圈;辅密封件，6个旋转辅助密封件，8个静态辅助密封件;压缩部件，3个弹簧;传动部件，4个弹匣座和5个键或固定螺丝，7个防旋转销，9个压盖。

机械密封中的流体可能泄漏的方式如图1，AB，C和D所示.CD泄漏通道是固定环和压盖，压盖和套管之间的密封，两者都是它们是静密封。 B通道是旋转环和轴之间的密封。当端面被摩擦和磨损时，它只能以微量的方式跟随补偿环的轴向运动，并且实际上仍然是相对静态的密封。因此，这些泄漏路径相对容易阻塞。

最常用的静态密封元件是橡胶O形圈或Teflon V形环，作为旋转环或固定环的补偿环，有时使用橡胶，Teflon或具有弹性元件功能的金属波纹管。结构A通道是动态密封，其中旋转环的端面和固定环相互滑动，这是机械密封装置中的主要密封，也是确定机械密封性能和寿命的关键。 。
当机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性构件的弹力引起的轴向力使得移动环和静止环彼此粘在一起并且由于两个密封而相对于彼此移动结束。表面的紧密配合在密封端面（密封界面）之间形成小间隙。当加压介质通过间隙时，形成非常薄的液膜，其产生阻力并防止介质泄漏，并且液膜使得端面被润滑以用于长期密封。
双机械密封
为了在使用有毒有害介质时获得更好的密封效果，采用双重密封，根据密封液体系统的压力，可分为双压密封（双机械密封）和无压双密封。密封（系列机械密封）。
加压双密封液体系统的压力通常比第一级密封之前的压力高0.01-0.03MPa。当第一级密封件泄漏时，密封剂将进入泵，确保泵内的介质不会泄漏到外部。当密封流体进入泵时，密封流体系统的压力和液位降低，并且可以实现密封的泄漏监测和报警。
无压双密封系统中的压力通常是常压或微压，其低于第一级密封之前的密封腔压力。当第一级密封泄漏时，泵中的介质进入密封液体系统，使密封液体系统的压力和液位上升，并通过压力开关或液位实现泄漏监测和报警开关。它也不同于双端机械密封不能监测双端机械密封的失效。单端机械密封最重要的形式之一。
双密封（双机械密封）原理与单机械密封基本相同。 它由在流体压力和补偿机构弹力和辅助密封作用下垂直于旋转轴的端面（摩擦副）保持。 一种防止相对滑动引起的流体泄漏的装置。

双端机械密封不仅是单端机械密封的重复，而且可以防止化学工业的一些关键场合中危险，有毒，易燃，易爆物质的泄漏，并具有高性能的保险。影响。当密封高压介质时，可以合理地分配每个密封件两端之间的压力差，以改善密封件的工作压力范围。对于一些自润滑，易凝固的汽化介质，通过将密封液注入密封腔中，提高了密封条件，大大提高了密封的效率和使用寿命。
在操作期间，在由流体压力（中压）和弹性构件的弹力引起的合力下，在密封环的端面上产生适当的比压（压缩力），使得两个接触端面（动环，静）环的端面彼此紧密连接，并且在端面之间的非常小的间隙中保持非常薄的液膜以达到密封的目的。双端机械密封有两个端面密封。如果第一级密封失效，则仍可密封二级密封以防止泄漏。通常，双面密封需要外部密封液体系统，并且密封液体被引入密封腔体中以进行密封，润滑和冷却，并且主要用于循环冷却。密封液不仅可以冲洗摩擦副，改善机械密封的工作环境，而且可以作为主密封面失效的重要检测手段。与单端机械密封相比，双端机械密封还有一个摩擦副。可分为面对面，背对背两种形式。
面对面双面机械密封有两种形式：面对面固定环和面对面移动环。静环面对面是一体式移动环，移动环面向表面，是一个完整的静环。然而，由于加工精度，机械密封失效后的更换成本等，面对面双密封在流体泵的机械密封中使用较少，并且通常用于密封室尺寸小的应用中。背靠背或串联机械密封已完全适用于面对面机械密封的应用。轻质碳氢化合物，粘性，聚合物流体和有害气体采用干气密封，非接触式设计，采用面对面机械密封。面对面机械密封要求密封流体压力大于中压，属于压力双密封，否则内部机械密封动静环受到不合理的压力。面对面结构主要用于组装结构，并且可以用作单个端面或密封液体以形成双端面。
背靠背双面机械密封也可以制成一个包装，便于拆卸和组装，易于维修，因此使用更多。背对背双密封有两个移动环和两个静环，第一级密封是流出型。由于其广泛的应用条件和广泛的应用，狭义上的双端机械密封是指背靠背的双端机械。密封。 背对背双密封属于加压双密封。 当主密封失效时，密封液体系的压力和液位将降低。 密封液循环的功率由内置泵效应环提供。
对于无压双密封（系列机械密封），两套单端机械密封由两个系列的机械密封组成。 两组密封件沿相同方向排列。 密封室中的压力逐渐降低，介质不会泄漏。 由于结构紧凑，系列双面密封可应用于轴径不大，轴向尺寸小，中等负荷随转速变大的场合。 内端是平衡的机械密封，外端是带有泵环的不平衡机械密封。 密封液提供密封表面的冷却润滑，并通过内置的泵送效果环循环。

2.干气密封
2.1原则
通常，典型的干气密封包括固定环，移动环组件（旋转环），辅助密封O形环，静密封，弹簧和弹簧座（腔）。静环位于不锈钢弹簧座中，并用二级密封O形圈密封。弹簧与旋转环配合，旋转环固定在轴上，处于密封的无负载状态，如图7所示。
在移动环组件和固定环的配合表面处的气体径向密封件具有其先进且独特的方法。由于表面的平整度和光滑度，在移动环组件的表面上有一系列螺旋槽，如图8所示。当它旋转时，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，并且根部外的非开槽区域称为密封坝。密封坝对气流施加阻力并增加气膜压力。
通过表面之间的压力使静环的表面与移动环组件分离，并保持小的间隙，通常约为3微米。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力等于气膜的开启压力时，建立稳定的平衡间隙。在动态平衡条件下作用在密封上的力。
闭合力Fc是气体压力和弹簧力的总和。打开力Fo是到端面的端面压力分布由区域整合形成。在平衡条件Fc = Fo时，运行间隙约为3微米。
如果由于一些干扰而减小密封间隙，则端面之间的压力增加。此时，打开力Fo大于关闭力Fc，并且端面间隙自动增加直到达到平衡。
类似地，如果扰动增加了密封间隙，则端面之间的压力减小，闭合力Fc大于开启力Fo，端面间隙自动减小，并且密封快速达到新的平衡状态。
该机构将在静止环和移动环组件之间形成相对稳定的气膜，使得端面可以保持分离，不接触，并且在正常动力运行条件下不易磨损，从而延长使用寿命。
由离心泵输送的介质是液体。根据不同的工况，可采用双面干气密封和串联干气密封。
2.2双端干气密封
双面干气密封可用于大多数离心泵的轴封。它具有以下特点：用“气体堵塞”代替传统的“液体堵塞”原理，即用压力密封气体代替压力密封液，确保过程介质实现“零逃逸”;整套密封件采用非接触式操作，其功耗仅为传统双面密封的5％，并且使用寿命比传递。密封系统长5倍以上;结构简单的辅助系统确保过程介质不受污染，过程介质不会泄漏到大气中，完全摆脱了传统双面机械密封对油系统的依赖。密封气体采用工业氮气或工业仪表风，其压力高于介质0.15-0.2MPa。
泵的双端干气密封的缺点是：需要一定压力的气源，气源压力比中压高至少0.2MPa;微量气体进入过程。
2.3系列干气密封
泵的串联干气密封具有以下特点：干气密封与接触式机械密封串联使用，机械密封为主密封，干气密封为二次密封;干气密封和主密封与氮气连接，确保主密封有一定的背压，大大延长了主密封的使用寿命;从主密封件泄漏的工艺介质与密封气体一起排放到焊炬中，以确保工艺介质不会泄漏到大气中，这是一种环保的密封;主密封失效后，干气密封很短，在此期间充当主密封，防止过程介质泄漏到大气中。这种密封件的使用寿命取决于机械密封件的使用寿命，通常约为2 - 3年。密封主要用于挥发性介质，如液态烃介质;力量要求不高。
用于泵的串联干气密封的缺点在于，密封件在其全部意义上还不是干气密封，并且其整体性能在机械密封和干气密封之间。 该密封件适用于挥发性介质，使用范围窄。

PLAN52：用缓冲液注入密封室，缓冲液的压力小于工艺流体压力但不低于大气压。由于缓冲压力小于过程流体压力，少量过程流体泄漏到缓冲器中，即在外密封室中，并循环到密封系统或排气系统进行处理，从而避免了直接排放。过程流体对大气和环境的污染。该泵使用工业白油作为缓冲剂。
PLAN62：用外部冷却液冲洗密封表面的外侧。淬火液可以使用蒸汽，氮气或清水。泵考虑介质的低温，并使用0.2-0.7Bar的低压氮气进行净化，以防止外部密封件运行时周围的热量结冰，从而导致密封面损坏。
泵密封系统需要两个带温度，压力和液位开关的缓冲罐，外部密封需要低压氮气吹扫。一旦主密封泄漏，外密封液位上升并且压力增加，导致压力或液位报警，从而判断密封泄漏以进行维护。
3.3干气密封选择
甲醇是烃，其在低温下极易蒸发，并且由接触密封产生的摩擦热将增加密封表面之间的液膜的不稳定性。因此，建议使用双面干燥。气密密封。
该泵采用双面干气密封。冲洗计划PLAN74
PLAN74：隔离气体由外部供应 - 氮气。通常，氮气压力应高于主密封腔室的压力。标准规格应为1.75-2bara（25psi-30psi），隔离气体应具有过滤器，压力调节，流量。由止回阀，压力表和压力开关组成的控制面板使隔离气体的泄漏方向通过主密封件向主密封腔泄漏，另一个通过外部非接触泄漏到大气侧。干气密封。实现介质的零泄漏。
8MPa（a）稳定的清洁氮气需要配备过滤器，压力调节阀，流量指示器，压力表，压力开关等。
4主洗泵选用系列机械密封和干气密封比较
（1）密封效果：系列机械机械密封和干气密封可使介质永不泄漏;
（2）使用寿命：系列机械密封的使用寿命为1年;干气密封的使用寿命为3年;
（3）操作简便：串联机械密封需要缓冲并配备氮气吹扫;干气密封需要采用氮气压力系统，两者基本相当;
（4）一次性投入价格：系列机械密封的价格相当于干气密封价格的60％;辅助系统的价格是等价的;
（5）外部条件依赖性：公共工程条件不需要串联密封，干气密封需要压力稳定，清洁的氮源;
（6）脆弱性：系列机械密封是接触密封。由于介质温度低，密封产生的摩擦热会增加密封面之间液膜的不稳定状态，长期运行能力明显弱于干气密封;干气密封必须达到一定的速度才能形成气膜，打开密封面，当泵开始停止时，密封面容易磨损。如果泵频繁启动和停止，很容易损坏。
（7）检修复杂性：系列机械密封和干气密封是盒式密封，整体更换对用户没有太大影响;
（8）维护费用：该系列机械密封价格低廉，寿命短。如果计算周期为三年，则干气密封更换成本理想地为系列密封的55％。
4。结论
通过对主气泵密封和净化装置的串联机械密封选择的综合比较，两者之间没有绝对的优势。干气密封具有维护成本低，使用寿命长，在公共工程条件稳定，装置运行稳定的情况下稳定可靠的优点。因此，在能够稳定运行的装置中，优选使用干气密封。 在新建和改造工程中，由于施工初期工艺运行稳定性差，公共工程条件稳定性不能保证，双机械密封具有投资少，对公众依赖性低的优点。 工作，重置成本低。 因此，在新建和改造工程中，建议优先考虑系列机械密封。
在目前的技术条件下，泵在双机械密封和干气密封方面都具有优势。 在选择中，有必要综合考虑投资能力，外部条件，设备稳定性和工艺要求。