發(fā)表時(shí)間： 2025-12-31 16:15:08
作者： 石油化工設(shè)備維護(hù)與檢修網(wǎng)
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一、汽相密封用水蒸汽的加熱參數(shù)如何
用蒸汽加熱是汽相機(jī)械密封穩(wěn)定運(yùn)行的前題。,避免了密封端面間部分液化而呈現(xiàn)不穩(wěn)定的似汽相，還可以在密封面因磨損而溫度過(guò)高時(shí)起冷卻作用，將密封端面的溫度恒定在某一范圍內(nèi)，使讓密封工作更趨穩(wěn)定。蒸汽加熱的參數(shù)如何?根據(jù)加熱結(jié)構(gòu)、工作溫度和介質(zhì)種類(lèi)的不同而有所差別。現(xiàn)將英國(guó)和勝煉用蒸汽參數(shù)分別加以介紹。
英國(guó)推薦參數(shù):
蒸汽溫度 150~160℃
蒸汽壓力 0.35~0.5MPa
蒸汽量 14kg/h
勝利煉油廠實(shí)際應(yīng)用的蒸汽參數(shù):
蒸汽溫度 100~104℃
蒸汽壓力 0.01~0.03MPa
蒸汽量 10~16kg/h
二、汽相密封的工作原理是什么
眾所周知，一般的機(jī)械密封在密封端面間存在液膜，只要密封參數(shù)設(shè)計(jì)合適，工況穩(wěn)定，液膜不會(huì)破壞，密封就能穩(wěn)定工作。此時(shí)泄漏量和磨損都不大，密封表面也很光潔。汽相密封在密封端面上以汽膜的形式存在，那么它是怎樣穩(wěn)定工作的呢?
由“問(wèn)答60“可知，輕烴泵機(jī)械密封的膜壓系數(shù)
還知道，密封端面間溫度對(duì)沸騰半徑的影響很大。因此，可以直接建立密封面溫度和膜壓系數(shù)的關(guān)系。顧永泉教授及其助手在這一方面進(jìn)行了卓有成效的研究，編制出計(jì)算機(jī)程序，得到了兩者之間的關(guān)系(圖97)。
當(dāng)溫度低于t?時(shí)，各溫度下的膜壓系數(shù)在AB段，這是以液相密封為主的兩相密封，稱(chēng)為似液相。在這一區(qū)域內(nèi)隨溫度的變化膜壓系數(shù)變化較平緩，可以穩(wěn)定地工作。當(dāng)密封面間的溫度超過(guò)t?，處于t?和t?之間時(shí)，膜壓系數(shù)處于BC段，密封面上是汽相為主的兩相密封，稱(chēng)為似汽相。溫度稍有變化，膜壓系數(shù)變化較大，密封不能穩(wěn)定工作。當(dāng)溫度超過(guò)t?以后，密封面間存在單一的汽相，膜壓系數(shù)保持一個(gè)穩(wěn)定值，盡管溫度變化，膜壓系數(shù)也不變，密封能夠穩(wěn)定的工作。這就是汽相密封穩(wěn)定工作的原因。
汽相密封摩擦副必須有一個(gè)為自潤(rùn)滑材料，大都用石墨制造。經(jīng)過(guò)運(yùn)轉(zhuǎn)后，石墨環(huán)吸附輕烴分子做為潤(rùn)滑劑，減少摩擦系數(shù)，并能實(shí)現(xiàn)密封。由于是汽相密封，磨損速度略高于液相密封，磨損速度為0.5~0.9μm/h。如果石墨環(huán)的承磨臺(tái)高度為3mm ,那么每個(gè)石墨環(huán)的使用壽命為3300~6000小時(shí)。
汽相密封的機(jī)理較為復(fù)雜，許多問(wèn)題尚待進(jìn)一步的研究。
三、低溫泵密封的特點(diǎn)是什么
某些介質(zhì)的臨界溫度很低，工作溫度更低。例如，甲烷泵的工作溫度在﹣95~﹣100℃左右。如此低的溫度，材料的性能發(fā)生了變化，普遍地變脆，普通的塑料和橡膠已無(wú)法使用，其他材料的使用也受到限制。低溫泵的另一個(gè)特點(diǎn)是工作壓力較高，甲烷泵的進(jìn)口壓力在3MPa左右，設(shè)計(jì)密封環(huán)和其他零件時(shí)要考慮零件的變形。此外，低溫介質(zhì)比重小，潤(rùn)滑性差、易汽化，一旦泄漏出來(lái)便出現(xiàn)霜凍，加劇了密封端面的磨損。針對(duì)這些特點(diǎn)，低溫泵的密封大都采用雙端面密封，在介質(zhì)和大氣之間設(shè)置一隔離室，其間通以密封液，緩和低溫的影響，實(shí)現(xiàn)密封。
四、甲烷泵怎樣密封
甲烷的臨界溫度為﹣82.6℃，臨界壓力為4.64MPa(45.44個(gè)大氣壓)。顯然，做為液體輸送的溫度還要比臨界溫度低，而工作壓力較高。該泵的一種密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖98，這,是一個(gè)旋轉(zhuǎn)型、多彈簧內(nèi)流式、雙端面平衡型密封。兩只動(dòng)環(huán)共用一組彈簧，使兩只動(dòng)環(huán)承受的彈簧力相等。摩擦副材料為硬質(zhì)合金對(duì)石墨，采用熱裝的組合式動(dòng)環(huán)。由于工作壓力較高，為減少石墨環(huán)的力變形，用外套加固。輔助密封圈用合成橡膠制造。并為雙端面密封配備了一套封液及控制系統(tǒng)。經(jīng)多年使用，效果良好。
泵的出口和混合罐相連(圖99)。混合罐內(nèi)盛有水和乙二醇混合液，比例為1:1，稱(chēng)為不凍液，其壓力等于泵的出口壓力3.43MPa(33.6kgf/cm2)。混合罐的底部與均壓器的底部相連，均壓器被一活塞分開(kāi)，上部為密封液。密封液在壓力作用下自動(dòng)注入到密封腔中。當(dāng)均壓器中的密封液消耗盡時(shí)，其內(nèi)的活塞頂住液面報(bào)警開(kāi)關(guān)，通知操作者啟動(dòng)手搖泵，給均壓器補(bǔ)充密封液，均壓器的活塞就往下移至原來(lái)的位置，形成一個(gè)密封液供給系統(tǒng)。顯然，該系統(tǒng)是以甲烷泵的出口壓力為動(dòng)力，通過(guò)混合罐實(shí)現(xiàn)對(duì)均壓器加壓的。
該系統(tǒng)的密封液為冷凍機(jī)油，所以密封腔中的溫度不可過(guò)低，否則對(duì)密封運(yùn)轉(zhuǎn)不利。密封液溫度要求在0~5℃之間為好，為此在密封腔中配有一個(gè)加熱系統(tǒng)，溫度指示儀的上接點(diǎn)為5℃，下接點(diǎn)為0℃。當(dāng)密封腔的溫度低于零度時(shí)，溫度指示儀把信號(hào)傳給調(diào)節(jié)器從而開(kāi)啟電磁閥，空氣通過(guò)電磁閥進(jìn)入蒸汽加熱器。空氣被加熱后再進(jìn)入密封腔中的加熱器，加熱冷凍機(jī)油，使其處于0~5℃范圍內(nèi)，保證密封正常工作。
通過(guò)上述介紹可見(jiàn)，甲烷泵工作溫度雖然很低，但是用雙端面密封和一套封液控制系統(tǒng)，改善了低溫泵的工作條件，使密封得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此說(shuō)低溫泵的密封關(guān)鍵在于如何解決好密封系統(tǒng)問(wèn)題。
五、簡(jiǎn)易機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)怎樣
石油化工行業(yè)的工藝流程泵，因工作壓力、溫度及介質(zhì)的性質(zhì)不同，要求機(jī)械密封在材料和結(jié)構(gòu)的選擇上有許多特殊的考慮。結(jié)果使機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件多、安裝技術(shù)要求高，導(dǎo)致價(jià)格也高。對(duì)一些無(wú)腐蝕性的中性介質(zhì)以及壓力和溫度都不高的工作條件，也與較苛刻的條件選用相同的機(jī)械密封則大可不必。下面介紹一種輕型的簡(jiǎn)易機(jī)械密封，這是蘭州化工機(jī)械研究院的科技人員多年研究的成果。
其結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖100,這是一種內(nèi)裝、內(nèi)流、旋轉(zhuǎn)式、單端面、橡膠波紋管傳動(dòng)的平衡型密封。由于用橡膠波紋管作為彈性元件，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這里橡膠波紋管有三種作用。
1)傳遞扭矩。橡膠波紋管一端用一個(gè)金屬卡環(huán)固定在軸上，另一端和動(dòng)環(huán)固緊，帶動(dòng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn);
2)取消了動(dòng)環(huán)密封圈，解決了動(dòng)環(huán)和軸的密封問(wèn)題；
3)取代了彈簧，可保證密封端面緊密貼合。
動(dòng)環(huán)材料為陶瓷(含氧化鋁85%以上)，用粘結(jié)劑與橡膠波紋管粘接在一起。瓷環(huán)斷面為矩形，除一端研磨外其余均可不加工，這樣即保證了密封性又減少了加工量，使成本降低。靜環(huán)可用浸漬石墨，也可用熱壓酚醛石墨制造。靜環(huán)用L型密封墊固定于靜環(huán)座上，省略了靜環(huán)尾部加工和防轉(zhuǎn)銷(xiāo)，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。摩擦副的材料也可根據(jù)工作條件和介質(zhì)性質(zhì)選用4F、鑄鐵或鋼等。波紋管的波形為圓弧形，受壓時(shí)應(yīng)力分布均勻，又易硫化加工成形。
六、簡(jiǎn)易機(jī)械密封的應(yīng)用范圍怎樣
簡(jiǎn)易機(jī)械密封的應(yīng)用范圍:
介質(zhì) 無(wú)腐蝕或弱腐蝕性并且無(wú)顆粒的介質(zhì)，
溫度 一15~+80℃；
壓力 ≤0.5MPa;
轉(zhuǎn)速 ≤3000r/min;
軸徑 ?30~60mm。
所要控制的密封參數(shù)主要有載荷系數(shù)、波紋管壓縮量和比壓。載荷系數(shù)K(K=0.63~0.85)過(guò)大或過(guò)小都不利。波紋管的壓縮量決定了彈性比壓的大小。橡膠波紋管的彈力與工作溫度和時(shí)間有關(guān)，初始?jí)嚎s彈力較大，4~6小時(shí)后彈力趨于穩(wěn)定。橡膠波紋管壓縮量2~3mm，總的接觸比壓取0.2MPa，最小不得低于0.05MPa。
簡(jiǎn)易機(jī)械密封是科技人員結(jié)合我國(guó)的國(guó)情研制成功的，多年來(lái)在濃(或稀)氨水、20~30%碳酸氫銨、水及污水、鹽水以及各種油類(lèi)等介質(zhì)中得到廣泛的應(yīng)用，使用壽命4~6個(gè)月。在節(jié)能、節(jié)電、節(jié)約各種物料等方面取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
七、什么叫高速機(jī)械密封？用于何處？
密封端面的平均線速度超過(guò)30m/s時(shí)稱(chēng)為高速機(jī)械密封。目前，高速泵和離心壓縮機(jī)的密封即屬高速機(jī)械密封。
有些高速泵是立式的，靠齒輪傳動(dòng)增速達(dá)到高速，一般1~2萬(wàn)r/min，有的超過(guò)2萬(wàn)r/min，軸徑不是很大，在?40mm左右，密封面線速30~50m/s。圖101是一種高速泵用機(jī)械密封，它是一種多彈簧、內(nèi)流、靜止式平衡型密封。靜環(huán)用石墨制造，動(dòng)環(huán)為硬質(zhì)合金。泵體內(nèi)設(shè)有旋液分離器，分離后清潔的液體去沖洗密封，含雜質(zhì)的液體回到泵的入口，用孔板控制沖洗量，根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)和壓力，也可采用雙端面密封或串聯(lián)機(jī)械密封。
離心壓縮機(jī)的軸封種類(lèi)很多，在低壓下可采用機(jī)械密封。離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為8000~14000r/min,軸徑較大，一般在?100mm以上，摩擦副的線速比高速泵大得多，在50~90m/s。因此，其高速的特點(diǎn)更加突出。圖102是國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和制造的第一個(gè)離心式石油氣壓縮機(jī)高速機(jī)械密封。其結(jié)構(gòu)為多彈簧、靜止型、內(nèi)流、平衡型雙端面機(jī)械密封，兩組靜環(huán)共用一個(gè)動(dòng)環(huán)。軸套直徑為?110mm轉(zhuǎn)速8500r/min，密封端面線速度55.2m/s，載荷系數(shù)為0.729，彈簧比壓為0.29MPa，密封面寬度在3mm以下。動(dòng)環(huán)材料為高速鋼(W18Cr4v)，淬火后硬度HRc大于等于60，靜環(huán)材料為石墨(牌號(hào)M106H)，泄漏量為150~250ml/h，使用壽命一般為一個(gè)生產(chǎn)周期(10個(gè)多月)，最長(zhǎng)壽命達(dá)到2個(gè)生產(chǎn)周期。
八、高速機(jī)械密封為什么采用靜止式結(jié)構(gòu)
前一節(jié)介紹了用于泵和壓縮機(jī)上的高速機(jī)械密封，實(shí)際工作中應(yīng)用的結(jié)構(gòu)種類(lèi)很多，分析它們的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)有一點(diǎn)是相同的，全部是靜止式結(jié)構(gòu)。如采用旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，考慮到高速下離心力的作用會(huì)影響彈性元件的性能，使比壓變得不均勻。并且旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)零件較多，安裝前需進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)，比較麻煩，如不校驗(yàn)，動(dòng)平衡不好，會(huì)引起較大的振動(dòng)，另一方面，旋轉(zhuǎn)零件較多會(huì)引起液體介質(zhì)激烈地?cái)噭?dòng)，功率消耗大。同時(shí)，這種功率消耗以熱量的形式表現(xiàn)出來(lái)，接下來(lái)的問(wèn)題是密封系統(tǒng)的冷卻器面積要增大。基于上述三種原因，高速機(jī)械密封都采用靜止式結(jié)構(gòu)。
九、高速機(jī)械密封為什么消耗功率較大
每個(gè)機(jī)械密封消耗的功率都有兩部分組成:一是密封端面間摩擦消耗的功率，另一是旋轉(zhuǎn)零件旋轉(zhuǎn)時(shí)攪拌液體消耗的功率。普通機(jī)械密封由于速度較低，攪拌功率很小，往往予以忽略。隨著速度的增加，攪拌功率所占的比率也逐漸增大，高速機(jī)械密封中攪拌功率大大超過(guò)了密封端面的摩擦功率，因此不能忽略。
密封端面間摩擦消耗的功率一般用下式計(jì)算:
由上式可見(jiàn)，對(duì)具體的結(jié)構(gòu)和材料，f、Dc、v變化不大，欲降低摩擦功率只有減小密封端面的寬度b，此外，采用平衡型密封，以減小端面比壓Pb。
高速機(jī)械密封消耗的攪拌功率為:
由上式可見(jiàn)，攪拌功率與轉(zhuǎn)速三次方成正比，與動(dòng)環(huán)外徑的5次方成正比。具體結(jié)構(gòu)確定后，這些因素是不能任意選取的。在高速機(jī)械密封中，攪拌功率占很大的比例，依速度的不同所占比例也不同，速度越高攪拌功率功耗越大。對(duì)線速50~90m/s的高速機(jī)械密封，攪拌功率占總功率的60%~80%。例如勝利煉廠離心壓縮機(jī)的高速機(jī)械密封，每組(按雙端面計(jì))消耗的摩擦功率2.64kW，攪拌功率8.5kW，合計(jì)為11.14kW，其中攪拌功率占70%以上。一臺(tái)離心壓縮機(jī)有兩組高速機(jī)械密封，合計(jì)消耗功率為22.48kW，相當(dāng)于一臺(tái)中型離心泵消耗的功率。
十、高速機(jī)械密封為什么追隨性不良
高速機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)除了做高速旋轉(zhuǎn)外，還存在著兩種運(yùn)動(dòng)，一是隨軸做軸向位移。離心壓縮機(jī)負(fù)荷波動(dòng)、或其他原因促使轉(zhuǎn)子發(fā)生一定的軸向位移，該位移的距離在0.30mm以?xún)?nèi)，受止推軸承間隙的制約。負(fù)荷波動(dòng)是無(wú)規(guī)律的，該位移的發(fā)生也是不定期的。由于軸向位移都在彈簧補(bǔ)償范圍內(nèi)，只要彈簧力足夠，對(duì)密封性就沒(méi)有影響。動(dòng)環(huán)還存在另一種運(yùn)動(dòng)，就是軸向振擺。由于動(dòng)環(huán)本身的制造精度和安裝累計(jì)誤差，動(dòng)環(huán)對(duì)軸有一垂直度誤差，在旋轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)環(huán)端面便產(chǎn)生了振擺，其頻率和軸的轉(zhuǎn)速相等，而振擺的幅度則取決于動(dòng)環(huán)垂直度誤差。
靜環(huán)在彈簧力作用下與動(dòng)環(huán)緊密接觸，當(dāng)軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)環(huán)發(fā)生軸向位移(包括振擺)，靜環(huán)仍然能與動(dòng)環(huán)貼合，這種運(yùn)動(dòng)中靜環(huán)與動(dòng)環(huán)貼合的能力，稱(chēng)為機(jī)械密封的追隨性。顯而易見(jiàn)，在動(dòng)環(huán)振擺的作用下，每轉(zhuǎn)一周都要將靜環(huán)推開(kāi)一個(gè)很小的間隙，靜環(huán)在彈簧力的作用下要及時(shí)貼合在動(dòng)環(huán)端面上，兩者的頻率相等(或稱(chēng)“同步”)，則追隨性良好，泄漏量小。反之，如果靜環(huán)補(bǔ)償?shù)念l率低于動(dòng)環(huán)振擺的頻率(不同步)，在兩者之間形成一個(gè)微小的間隙，泄漏量增大，則稱(chēng)為追隨性不良。為了說(shuō)明這一問(wèn)題，把靜環(huán)組合件看做一個(gè)諧振系統(tǒng)，即忽略其振功過(guò)程中的阻尼作用，根據(jù)振動(dòng)原理，其圓頻率為：
經(jīng)對(duì)煉油廠催化氣壓機(jī)計(jì)算表明，一般靜環(huán)在彈簧力的作用下，其振動(dòng)次數(shù)在2500~3500次/分，離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)在9000~10000r/min，也就是說(shuō)，靜環(huán)組合件的補(bǔ)償頻率僅為機(jī)器轉(zhuǎn)數(shù)的1/4~1/3。因此說(shuō)高速機(jī)械密封的追隨性不良，這也是其泄漏量比普遍機(jī)械密封大的原因之一。
十一、高速機(jī)械密封為什么對(duì)動(dòng)環(huán)端面與軸中心線的垂直度要求高
為減少高速機(jī)械密封的泄漏量，能否從改善靜環(huán)的追隨性入手呢?我們可對(duì)上節(jié)的公式加以分析。欲增大圓頻率，有兩種方法，一是增大彈簧剛度iC;二是減少靜環(huán)組件的質(zhì)量。對(duì)于具體的密封結(jié)鉤，靜環(huán)組件減輕質(zhì)量是可行的，但是不會(huì)有較大的效果。再?gòu)脑龃髲椈蓜偠鹊姆椒右钥紤]，增大彈簧剛度受到彈簧比壓和壓縮量的限制，每個(gè)，密封都有一定的予壓縮量，至少一也要3~5mm，安裝后又有一個(gè)壓縮量，其值和予壓縮量相當(dāng)，這樣總壓縮量在6~8mm。壓縮量一定，如果彈簧剛度增大，必將導(dǎo)致彈簧力一彈簧比壓增大。從上一節(jié)的公式可知，欲改善追隨性，需將靜環(huán)組件的圓頻率增大3~4倍，由于剛度和圓頻率是開(kāi)平方關(guān)系，因此，剛度需增大到現(xiàn)有值的9~16倍，才能接近機(jī)器的轉(zhuǎn)速。在壓縮量一定的情況下，也就等于彈簧比壓增大到現(xiàn)有值的9~16倍。現(xiàn)有的彈簧比壓在0.2~0.3MPa，不要說(shuō)如此大的倍數(shù)，增大一倍都是不可能的。因此，可以認(rèn)為用改善靜環(huán)的追隨性的方法來(lái)降低密封的泄漏量是不可能的。
為達(dá)到此目的，只好從減少動(dòng)環(huán)振擺的振幅值入手。動(dòng)環(huán)在軸上安裝后，其垂直度控制在5μm以?xún)?nèi)，并且固定方式要可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)中不變化。這祥，當(dāng)靜環(huán)組件追隨性不良時(shí)，形成的液膜厚度較小，泄漏量才能少。
十二、高速機(jī)械密封的特點(diǎn)是什么
綜上所述，高速機(jī)械密封具有以下特點(diǎn)。
密封結(jié)構(gòu)采用多彈簧、靜止式、.平衡型密封;消耗功率較大，攪拌功率大于密封端面的摩擦功率，為減少功率消耗，密封面寬度較小(3mm)，并盡量減少旋轉(zhuǎn)件的直徑:靜環(huán)組件的追隨性不良，泄漏量較大，為改善追隨性應(yīng)取小的靜環(huán)質(zhì)量和較大的彈簧比壓;安裝技術(shù)要求高，尤其是動(dòng)環(huán)端面和軸的垂直度控制在5μm以?xún)?nèi)。此外機(jī)器本身的安裝技術(shù)要求也較高。如軸的串量不大于0.30mrn，轉(zhuǎn)子平衡要好，運(yùn)行中振動(dòng)小，密封盒和機(jī)器之間的密封要可靠等。
來(lái)源：機(jī)械密封
