鄧波

（中國(guó)石油四川石化有限責(zé)任公司， 四川 成都 611930）

在石油化工行業(yè)中，采用高溫?zé)嵊捅脤?duì)高溫介質(zhì)進(jìn)行輸送時(shí)，由于高溫?zé)嵊捅玫臋C(jī)械密封泄漏問(wèn)題，導(dǎo)致高溫介質(zhì)泄漏，造成一些失火事故，嚴(yán)重影響了企業(yè)的運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)，甚至有時(shí)會(huì)產(chǎn)生安全事故。所以，高溫?zé)嵊捅玫臋C(jī)械密封問(wèn)題，是企業(yè)減少安全事故發(fā)生的關(guān)鍵性問(wèn)題[1]。

在現(xiàn)有密封結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)高溫?zé)嵊捅玫拿芊饨Y(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，針對(duì)高溫?zé)嵊捅玫拿芊馐г?，通過(guò)采用雙端面密封結(jié)構(gòu)，對(duì)密封端面以及隔離液的循環(huán)路徑和輔助密封系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以達(dá)到更好的降溫效果，降低高溫?zé)嵊捅玫男孤╋L(fēng)險(xiǎn)。

1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖

機(jī)械密封的主要部件中，彈簧可以起到緩沖以及補(bǔ)充的作用，對(duì)摩擦副端面，保證它處在一個(gè)合適的比壓下，這也要求具有一定的彈性，彈性不能失效。動(dòng)靜環(huán)是相互之間緊密接觸的，動(dòng)環(huán)為了能夠保持與靜環(huán)的緊密接觸狀態(tài)，是活動(dòng)的。動(dòng)靜環(huán)的材質(zhì)，一定要是耐摩擦的，因?yàn)樗ㄟ^(guò)摩擦形成副端面，防止輸送介質(zhì)的泄漏。傳動(dòng)部件，就是將動(dòng)力傳送給動(dòng)環(huán)。而輔助的密封件，可以是動(dòng)靜環(huán)之間，保持著緊密接觸，也是起到一定的緩沖作用[2]。

2 高溫?zé)嵊捅妹芊馐г?/h2>

高溫?zé)嵊捅玫墓ぷ鳝h(huán)境屬于高溫環(huán)境，輸送的介質(zhì)同樣是處于高溫環(huán)境，一旦發(fā)生泄漏，介質(zhì)泄漏到空氣中，將產(chǎn)生很大的安全隱患，所以有必要對(duì)高溫?zé)嵊捅玫拿芊馐г蜻M(jìn)行分析。主要有以下幾個(gè)原因[3]：

（1）波紋管失彈或斷裂

波紋管在工作過(guò)程中，是具有一定的使用壽命的，波紋管的彈性，在長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，會(huì)逐漸損失，造成彈性不足，能夠允許的彈性形變量減小，這種情況，就是失彈。當(dāng)處于高溫工作環(huán)境時(shí)，這種現(xiàn)象更加明顯，而且，高溫?zé)嵊捅幂斔偷母邷亟橘|(zhì)，中間還存在著部分固體小顆粒，這些小顆粒，被波紋管吸附，導(dǎo)致它的彈簧失去了彈性能力，最終造成密封泄漏。

（2）摩擦原因造成熱開裂

高溫?zé)嵊捅玫墓ぷ鳝h(huán)境溫度非常高，密封斷面處的工作環(huán)境屬于高溫環(huán)境，通過(guò)的沖洗流體溫度相對(duì)較低，由于溫差原因，造成熱應(yīng)力很高，這就導(dǎo)致了動(dòng)靜環(huán)的表面，會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至開裂，造成密封失效；而且，由于高溫原因，動(dòng)靜環(huán)本身表面的硬質(zhì)合金，會(huì)在高溫條件下，耐磨性降低，因?yàn)槟Σ恋脑?，造成端面損壞，使得密封泄漏[4]。

（3）隔離液閃點(diǎn)太低

The 7-DOF manipulator is degraded to a 6-DOF one with joint J2locked at,and its degraded workspace is covered by a large cuboid,whose length,width,and height are 22,22,and 21 m,respectively.Setting the side length of the grids as Dl=0.5 m,we can rasterize the degraded workspace as shown in Fig.6.

采用的隔離液如果閃點(diǎn)太低，密封腔的冷卻效果將下降，這時(shí)密封腔的溫度會(huì)偏高；而在密封的端面以及波紋管的內(nèi)部，溫度如果超過(guò)了隔離液的閃點(diǎn)，就會(huì)發(fā)生隔離液結(jié)焦現(xiàn)象，容易造成貼合不緊密，最終使密封失效[5]。

（4）沖洗時(shí)造成管路堵塞

在進(jìn)行外沖洗或者自沖洗時(shí)，如果管道發(fā)生堵塞，溫度較低的沖洗液無(wú)法將更多的熱量帶走，也就達(dá)不到降溫的效果，最終導(dǎo)致因溫度過(guò)高造成密封失效問(wèn)題。

3 密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

機(jī)械密封包括了多種形式，有單端面密封和雙端面密封以及串聯(lián)密封[6]，如圖2所示。

圖2 密封類型

由于在用的高溫?zé)嵊捅妹芊馇坏某叽?，要比API 610標(biāo)準(zhǔn)的要小，導(dǎo)致在內(nèi)部存在著循環(huán)阻力偏大的現(xiàn)象，所以，隔離液會(huì)從其他地方流出密封腔，這就導(dǎo)致冷卻液的功效未能發(fā)揮，容易造成密封泄漏。

對(duì)于現(xiàn)有的密封問(wèn)題，對(duì)密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改造。根據(jù)API 610，將密封腔的尺寸進(jìn)行增大，并制作相應(yīng)的泵蓋，增強(qiáng)冷卻液的作用效果，減小隔離液循環(huán)阻力。同時(shí)，在從外部注入流體時(shí)，不采用密封壓蓋注入，而從泵蓋注入，這樣可以降低密封腔的溫度。

采用雙端面密封結(jié)構(gòu)，將串聯(lián)結(jié)構(gòu)改成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并在外側(cè)的密封端面設(shè)置背冷。采用密封壓蓋表面和內(nèi)外側(cè)的密封表面組合的空間更大，使得隔離液的循環(huán)阻力更小，效果更好。同時(shí)，采用折流套，可以使隔離液的運(yùn)動(dòng)路線增長(zhǎng)，增加它的作用時(shí)間，達(dá)到更好的冷卻效果，而且隔離液與內(nèi)側(cè)的接觸面積更大，進(jìn)一步增強(qiáng)了它的作用效果。采用雙端面密封，在內(nèi)側(cè)密封的外表面，受到的是隔離液壓力，內(nèi)表面受到的是輸送介質(zhì)的壓力，這兩個(gè)壓力存在著差異，隔離液的壓力要大于輸送介質(zhì)的壓力。對(duì)于輸送的介質(zhì)來(lái)說(shuō)，介質(zhì)的泄漏方向和受到的離心力的方向，是相同的，而隔離液的壓力更大，可以阻止泄漏的發(fā)生；另一方面，隔離液的泄漏方向是和離心力的方向相反的，所以，也就減弱了隔離液的泄漏。而且，采用雙端面密封，不會(huì)出現(xiàn)靜環(huán)推出的現(xiàn)象。

高溫?zé)嵊捅玫臋C(jī)械密封，要求要耐高溫，而且采用的材料需要耐磨擦。對(duì)它的密封要求高，所以還需要有密封輔助系統(tǒng)，以減少密封的損傷，延長(zhǎng)使用時(shí)間。采用輔助系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)多個(gè)密封對(duì)接，提供相應(yīng)的隔離液，不僅能夠調(diào)節(jié)管理的循環(huán)量，而且效果好，即使是備用泵，隔離液也是處在循環(huán)狀態(tài)。針對(duì)這個(gè)系統(tǒng)，采用雙聯(lián)過(guò)濾器設(shè)置在回油的總管路上，采用流量計(jì)設(shè)置在進(jìn)油的支管路上，同時(shí)可以增大密封腔的管路內(nèi)徑，降低隔離液的循環(huán)阻力。

4 改進(jìn)效果

密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的使用效果對(duì)比，如圖3所示。改進(jìn)前，內(nèi)側(cè)密封腔的固壁的溫度的最大值，是在輸送介質(zhì)被泵送的泵蓋內(nèi)壁，溫度約為180℃；改進(jìn)后，采用雙端面機(jī)械密封，溫度約為172℃，降低8℃。在改進(jìn)前，外側(cè)密封腔的固壁的溫度的最大值在摩擦的副端面，溫度最大值，內(nèi)側(cè)約為225℃，外側(cè)約為205℃，在改進(jìn)后，溫度的最大值，內(nèi)側(cè)約為170℃，外側(cè)大約為150℃，溫度降低明顯。

圖3 改進(jìn)前后密封腔固壁和主副密封端溫度

通過(guò)圖3可知，改進(jìn)后的雙端面密封結(jié)構(gòu)，溫度都有降低，效果明顯。同時(shí)在改進(jìn)之后，隔離液的溫度也相應(yīng)降低了，不僅可以防止外側(cè)密封腔的熱量傳遞損失，而且隔離液的溫度分布，相比于改進(jìn)前，更加均勻分布，同時(shí)，隔離液的溫度也降到了隔離液閃點(diǎn)之下了，對(duì)于隔離液的結(jié)焦現(xiàn)象，起到了很好的控制和防護(hù)作用，使密封環(huán)境得到了很好改善。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高溫?zé)嵊捅玫臋C(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)雙端面密封結(jié)構(gòu)的端面和密封輔助系統(tǒng)、隔離液的循環(huán)路徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以很好地降低隔離液的溫度，有效降低密封失效的可能性，有利于高溫?zé)嵊捅玫陌踩＿\(yùn)行，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)提供了充分保障。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 王志超，孫金龍，楊凌云. 高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封泄漏分析與對(duì)策[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，(20)：76-78.

[2] 劉玉瑩. 高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封研究[J].海峽科技與產(chǎn)業(yè)，2016，(9)：92-93.

[3] 王鵬偉，胡曉珍，張闖. 煉油廠高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封性能的優(yōu)化[J].裝備制造技術(shù)，2015，(6)：132-134.

[4] 汪宗太. 高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封端面溫度場(chǎng)及傳熱特性的研究[D].北京：北京化工大學(xué)，2015.

[5] 李強(qiáng)，徐瑛，劉二斌. 高溫?zé)嵊捅妹芊飧脑靃J].山東化工，2012，41(4)：95-96+98.

[6] 鄧宗華. 高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封及輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)[J].機(jī)械，2012，39(1)：78-80.