李彦龙

摘 要：E-GA104C为某厂双支撑离心泵，轴封最初采用单端面波纹管机械密封。此泵介质为急冷油，温度较高，单端面波纹管机械密封使用寿命短、泄漏频繁，给工厂的正常生产带来一定的影响。高温急冷油的离心泵机械密封，易泄漏，该文通过对密封改造，采用浮动节流环与双端面干气密封组合式密封结构，解决了泄漏的问题。

关键词：干气密封 高温 泵

中图分类号：TB42 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）02（a）-00-02

此泵操作条件如下：温度184℃，转速1450r/min，吸入压力： 0.07MPa，出口压力：0.94MPa。

根据以上工况，经过认真的分析研究和广泛的技术交流，决定采用干气密封技术对该泵进行改造。

1 改造措施

1.1 E-GA104C泵用干气密封改造技术关键

介质温度的问题：由于介质温度高（184℃），采用小弹簧干气密封，辅助密封圈的选择成为一难点。

介质粘度大的问题：由于高温油粘度比较大且含有杂质，干气密封与介质的隔离成为一难点。

1.2 E-GA104C泵用干气密封的结构设计

干气密封选型依据：通过对E-GA104C离心泵的结构特点及工艺条件分析，结合现场的密封气源的情况，为保证主密封在超量泄漏时介质也不向环境泄漏，依据API682 Plan74的标准方案，决定采用双端面式干气密封，由于介质粘度大且含杂质，我们选用Plan 32方案采用外引液对密封端面进行冲洗，并且采用浮动节流环将介质与干气密封隔离开，避免介质中的杂质进入干气密封对密封端面造成损害，干气密封结构（见图1）采用集装式结构，密封气选用管网氮气，压力≥0.6MPa。

该双端面干气密封具有以下特点：

（1）在“气体阻塞”原理的应用下，氮气其的比介质压力高为0.2～0.3Mpa，封堵介质，在此工艺中密封氮气，能够有效实现“零逸出”。

（2）在此密封过程中全部是非接触运行，和传统双端面密封相比，这一工艺功率消耗只有5%，使用寿命约为2年。

（3）干气密封控制系统结构设计简便，采用工业氮气实施干气密封阻塞气，在此过程中压力为0.45Mpa。

（4）这一工艺氮气消耗量大概是在0.2m3/h。

1.3 E-GA104C泵用干气密封的材料选择

E-GA104C泵用干气密封摩擦副组对为SiC—碳石墨；采用耐高温、耐腐蚀的进口全氟醚橡胶密封圈Kalrez6375（美国杜邦公司）；密封主要壳体材质为0Cr18Ni9。

SiC—进口碳石墨是干气密封最为常用、性能优异的摩擦副组对。动静环是干气密封的关键零件，静环选用SiC材料，SiC具有表面硬度高、摩擦系数小、耐磨性能好、热传导系数大、比重小等优点组对性能好；动环采用进口碳石墨材料，进口碳石墨具有良好的自润滑性和低的摩擦系数、具有良好的耐腐蚀性能、具有良好的耐温性能、导热性好且具有低的线膨胀系数，是目前最好的摩擦副材料之一，由于高速旋转的动环比重大的材料制成的动环离心力就大；碳石墨材料比重小的，离心力自然就小。

目前普通的橡胶密封圈安全使用温度在200℃以下，用在184℃接近普通橡胶密封圈临界温度的环境下，从安全角度出发选用进口全氟醚橡胶（FFKM）密封圈。全氟橡胶是由TFE（主鏈）、PMVE（支链）及架桥部分所构成，它不仅具有优异的耐高温、耐化学腐蚀的性能（可耐1600余种化学品的腐蚀），还兼备了橡胶的弹性。普通全氟橡胶工作温度范围为-25℃～240℃间（Kalrez7075耐高温可达327℃）。全氟橡胶在与侵蚀性液体的浸渍或直接接触中依然能保持其弹力和回弹性能。事实上，全氟橡胶的热稳定性往往超过了那些流体本身。全氟橡胶常用于化工行业以及强的腐蚀性的介质和高温的场合。对于该台高温泵的改造，密封圈选择进口全氟橡胶密封圈Kalrez6375。成本控制也是密封设计考虑的一个重要方面，由于全氟橡胶价格昂贵，如果密封所有静密封点都使用全氟橡胶，那密封成本将会很高，经济性不足。所以密封压盖上的静密封点辅助密封设计成平面垫，使用PTFE材料。该种垫片密封效果良好，使用温度范围可达300℃，完全适用此高温泵。

1.4 干气密封控制系统

在干气密封中干气密封控制系统是一个重要组成部分，组成包括有两部分，其中分别是密封气泄漏检测单元以及密封气过滤单元，控制系统可以有效保证干气密封的可持续稳定运行。

在干气密封过程中，密封面中能够具有2～3mm厚的气膜，和这一粒度相比偏大的固体颗粒会直接损害密封面，从而对密封使用寿命具有直接影响。在此情况下也就需要保障进入到干密封端面的一定要是干净气体，通常采用的是高精密过滤器保障气体洁净性。

图2为泵用双端面干气密封系统原理图，流程如下：外来密封气经过截止阀、单向阀进入控制系统，经过过滤器（过滤精度为2个μm，为干气密封提供干净的密封气）、调节阀使密封气压力稳定一固定值，对密封气调节的目的是始终保证主密封气压力高于介质压力、流量计（监测密封的泄漏情况），然后经过一个单向阀（防止因工艺波动介质压力高于密封气压力时，介质反窜损坏系统仪表）进入密封腔，为干气密封提供阻封气体，双端面干气密封控制系统通过对密封气泄漏量监视来实现对干气密封的运转情况的监测，当干气密封的气体泄漏量超过一定值时，表明干气密封损坏。

2 干气密封实验室台架试验和工业运行

在E-GA104C泵干气密封完成设计及制造后，可以结合应用API682离心泵干气密封试验过程，以能够实现对干气密封性能的检测分析。检测结果显示，干气密封存在较高密封性以及可靠性，在对其泄漏量测量中稳定性较高，和设计值相比契合度较高。干气密封试验完成后，还需要对其现场进行改造。在对这一泵密封腔结构及工艺情况详细了解后，一次改造及运行也就成功了，已经有3年运行时间，运行稳定较高，并对轴封问题彻底解决。

3 结语

（1）试验表明，设计出的干气密封完全能够实现密封的非接触运行，密封性能稳定可靠。

（2）工业运行表明，设计制造出的E-GA104C双端面干气密封性能稳定可靠，大大提高了该泵的运转性能。

（3）高温泵干气密封的设计重点是解决密封在高温介质中的适用性，其中又以密封材料设计最为关键。

参考文献

[1] 顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2] 王汝美.实用机械密封技术问答[M].2版.北京：中国石化出版社，2004.