串联式干气密封在乙烯泵上的应用.pdf

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1、第39卷第l期化工机械89串联式干气密封在乙烯泵上的应用管鹏智+(中国石油辽阳石化分公司)摘要对乙烯泵的机械密封进行改造，用干气密封技术进行优化，通过对比分析，设计、制造出了适合轻烃类介质使用的干气密封及其控制系统。关键词乙烯泵干气密封应用中图分类号TQ051．1文献标识码B文章编号0254．6094(2012)01J0089m3于气密封是一种新型的非接触式密封，就稳定性而言，以在密封端面开螺旋槽的干气密封为最佳⋯。最新理论研究表明，用气体阻塞替代传统的液体阻塞原理能保证工艺介质实现零逸出。因此，干气密封不仅能很好地解决高速离心压缩机的轴封

2、问题，而且其在泵用轴封领域的应用前景也非常广阔。92P01A／B-Sx乙烯泵是某单位生产制造过程中的关键设备，该泵干气密封改造成功后，设备实现了长期、稳定且可靠的运行。TD80×2泵最初采用接触式机械密封，机封运行过程中出现可靠性低、磨损严重、寿命短及突然喷漏等问题。乙烯属于易燃、易爆的危险介质，一旦大量泄漏到环境中，将带来极大地安全隐患，若该泵出现泄漏很容易引起火灾。因此，经过技术讨论，采用运行安全、稳定的干气密封来保障TD80×2泵长周期的正常运转。1TD80×2泵串联式干气密封的结构特点通过对TD80×2泵原有密封及工艺分析，在不改变

3、原设备结构的情况下，采用串联式干气密封结构(图1)，作为主密封的机械密封介质为乙烯，作为次密封的干气密封介质主要为氮气和少量从机械密封泄漏的介质。设备运行时，干气密封与主密封间通入氮气，压力为0．4MPa，由此提高了主密封的背压，减小主密封端面介质液膜汽化程度，从而延长主密封的使用寿命。氯气人f冲洗孔<=)<，[]l库·1卜一盔萋鋈鼷羹罐戮枣lL亡=一l一图1TD80×2泵用串联式干气密封当主密封泄漏的工艺介质进入一、二级密封之间的密封腔后，经过气液分离器，挥发的工艺介质随密封气(氮气)排人火炬或废气回收系统，从而保证工艺介质几乎不向大气泄

4、漏。因此可知，TD80×2泵采用的干气密封是一种环保型、安全型密封。主密封失效后，干气密封可在短时间内起到主密封的作用，防止工艺介质大量泄漏。该密封的使用寿命取决于机械密封的使用寿命，一般为2～3a左右。2TD80×2泵结构参数优化设计设计机械密封主密封结构参数为：密封面内径55mm，密封面内径83mm，载荷系数O．78，弹簧·管鹏智，男．1981年11月生．工程师。辽宁省辽阳市，lll003。化工机械2012年比压14kPa，端面比压190kPa。理论研究表明心】，螺旋槽产生的流体动压效应最强，产生的气膜刚度最大。为此，笔者采用螺旋槽干气

5、密封结构。利用有限元计算程序，对干气密封端面螺旋槽结构参数进行优化。优化时，以干气密封具有最佳的气膜刚度为优化目标，同时将干气密封的最大剐漏比作为优化的参考目标。干气密封最大刚漏比的物理意义是在密封具有较大气膜刚度的情况下气体泄漏量较小。通过干气密封优化软件优化时，干气密封输入参数如下：介质平均粘度10斗Pa·s密封转速2980r／min工作气膜厚度25nm工作压力0．4MPa密封面外径83mm密封面内径55mm当螺旋角为160左右，螺旋槽的深为设计气膜厚度的3．5倍时，密封的气膜刚度、刚漏比和承载能力达到最大口1；当槽长与坝长之比小于1．

6、5时，密封的气膜刚度、刚漏比和承载能力变化较大，而槽宽坝宽比在0．4一1．2范围内，密封的性能变化则不是很大。此外，干气密封螺旋槽数量选择12个为宜。于气密封计算结果为：端面比压140kPa干气密封平衡系数0．6密封环内径27．5mm密封环外径41．5mm密封气入口压力0．1MPa密封气出口压力O．6MPa转速2980r／min干气密封气膜厚度25nm平均气模反力0．51MPa干气密封气膜反力l598．432N干气密封泄漏量6．769L／h干气密封弹簧力50．255N摩擦扭矩7mN·m干气密封端面功率消耗2．16lW摩擦系数O．18×10“

7、3TD80×2泵用串联式干气密封控制系统干气密封控制系统(图2)是干气密封的重要组成部分，它主要由密封气过滤单元和密封气泄漏监测单元组成。干净的密封气保证密封面不受颗粒杂质的损坏，干气密封是以微量的气体泄漏为代价换取其长周期的使用寿命，泄漏量是否稳定直接反映了干气密封运行的状态。因此，对干气密封的泄漏进行监控为设备的安全运行提供了保障。G5图2TD80×2泵用串联式干气密封控制系统在TD80×2泵用串联式干气密封控制系统中，当外部氮气管网氮气进入控制系统，经过滤器、减压阀后，为干气密封提供稳定、干燥且清洁的密封气；当主密封泄漏过大或氮气压力

8、过低时，单向阀起到防止工艺介质反串入氮气管网的作用；进入密封腔的氮气与主密封泄漏的微量工艺介质经气液分离器后，气相介质通过节流孔板排向火炬，由此消除安全隐患、避免对环境造成污染；