SH2-机械密封辅助系统介绍及选型实例

机械密封辅助系统,参考资料：联系人：李兵电话PI682用于离心泵和回转泵的泵轴封系统,机械密封辅助系统,在机械密封的实际应用过程中，有一些如高温、高压、易腐蚀的情况，只从密封的结构和选材上使其适应苛刻的条件，往往代价较高，且不能从根本上解决问题。而机械密封辅助系统可以改善机械密封的工作条件，减少温升、保持密封端面良好的润滑状态、保证密封腔压力。在低温状态下可以起到保温和供热的作用，对于有固体颗粒的情况下可防止密封面的磨损，还可以防止易结晶的介质进入密封腔形成结晶磨损密封面，也可以防止强腐蚀性介质腐蚀密封面。所以说，机械密封辅助系统也可以称作是机械密封保护系统。,机械密封辅助系统的选用条件,理论上讲任何机械密封选用辅助系统对寿命都是有利的，但对于某些轻型机械密封或工作条件较好的密封采用辅助密封反而不经济。一般有下列情形之一的选择机械密封辅助系统：工作温度超过密封件允许温度高粘度及易挥发介质有毒及有害介质含有机械杂质及有结晶析出的介质时重型机械密封,机械密封辅助系统包含的内容,机械密封辅助系统是许多元件的统称，由过滤器、旋液分离器、流量控制孔板、冷却器、压力罐、各种监测仪表、管路和管件等组成。实际工作中根据具体的条件可选择其中的一种或几种。辅助系统一般通过冲洗、冷却、过滤和分离等方式，实现对机械密封的润滑、冷却或调温、冲洗、净化、稀释和冲掉泄漏介质，改善密封的工作环境。所有辅助设施中最主要的工作方式就是密封冲洗。,密封冲洗的含义及作用,冲洗：引入到工艺流体侧的密封室内紧紧靠近密封面并典型地用于冷却和润滑该密封面的液体（API682定义）密封冲洗的作用润滑：保持密封面之间有一层液膜对密封面的润滑作用。冷却：防止高温介质进入密封腔内，导走动环与静环工作时产生的摩擦热。密封：密封腔内通入与介质相容的液体（外循环），防止高温、有毒等介质从泵轴封漏出，防止固体颗粒进入密封腔磨损密封面等。,机械密封冲洗方案的介绍,机械密封的冲洗主要有内冲洗和外冲洗两种。内冲洗：a正冲洗：利用被密封的介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔。b反冲洗：利用被密封的介质，由泵腔进入密封腔，冲洗后通过管路流回泵入口。c全冲洗：利用被密封的介质，由泵的出口端通过管路引入密封腔，冲洗后在经管路流回泵入口端。是前两种冲洗方式的组合。,机械密封冲洗方案的介绍,外冲洗：引入外系统与被密封介质相容的清洁流体至密封腔进行冲洗。应用：外冲洗液压力应比被密封介质大0.05-0.1MPa，适用于介质为高温或固体颗粒的场合。冲洗液的流量应保证带走热量，还需满足冲洗的需要，不会产生对密封件的冲蚀。为此，需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般清洁冲洗液的流速应小于5m/s;含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应小于0.5MPa，一般取0.05-0.1MPa，对双端面机械密封可取0.1-0.2MPa.冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面附近，且应在靠近动环侧，为了防止密封环被冲蚀或因冷却不均引起温差变形，以及杂质堆积和结焦等，可采用切向引入或多点冲洗。,机械密封辅助系统冲洗量的确定,理论上讲，冲洗量是按密封装置的热平衡原理计算确定的。根据长期的实践和经验，冲洗量一般在3-30L/min，可根据密封规格（直径）和介质的种类选取。下表为一般泵用机械密封的冲洗量（3000r/min）：密封轴径(mm)：4545-6060-8585-9595-135135-185冲洗量(l/min)：24681115根据选取的冲洗量，对易挥发的介质或温度较高的介质冲洗量要适当大一些。,机械密封冲洗方案实际排布示意图,API682用于离心泵和回转泵的泵轴封系统,机械密封冲洗方案PLAN01,从泵壳引到密封的内部的循环推荐用于干净的抽吸介质，要保证整个再循环足以保证稳定的密封面条件。结构简单，但对系列泵灵活性小，如改用其它冲洗形式困难较大，一般不采用，仅再专门设计的泵或普通清洁水使用,机械密封冲洗方案PLAN02,轴封箱接口封死，不设循环冲洗液，但设有必要的密封腔、水冷却夹套和节流衬套（除非另有规定）用于不需要循环冲洗的泵，如某些波纹管机械密封或输送不易汽化的介质,机械密封冲洗方案PLAN11,再循环由泵出口通过一流量控制孔板至密封腔，冲洗密封端面后回到泵腔内用于一般介质，使用最广，输送介质温度不超过密封极限温度。冲洗压力高于密封腔0.1-0.2MPa,常见问题,1.孔板直径的确定Q=1.22d2(P/）1/2式中：Q流量l/mind孔板直径mmP孔板前后压差Mpa流体密度2.泵出口端与密封腔相连，会导致密封腔压力很高错。密封腔压力只有很小升高。因为，泵出口端到密封腔管线长，流速大，压降大。3.为加快循环，密封腔内加一个螺旋套不好。可能导致密封腔流体气化。4.冲洗流量大一点，可以多降一点密封腔温度错。PLAN11不能降温，只能抑制温升。冲洗流量过大，会降低泵的效率，提高密封腔压力。,机械密封冲洗方案PLAN12,再循环由泵出口通过一过滤器和流量控制孔板后至密封腔，冲洗密封端面后回到泵腔内类似于PLAN11,增加过滤器除掉偶然颗粒。由于过滤器易堵塞造成密封冲洗失效，所以很少采用,机械密封冲洗方案PLAN13,再循环由泵密封腔通过一流量控制板回到泵入口用于输送介质温度不高，而密封腔压力较高的场合，常和PLAN11,12（过滤器）,21,22（过滤器换热器）,31（旋液分离器）,41（旋液分离器，换热器）一起使用,机械密封冲洗方案PLAN14,再循环由泵出口通过一流量控制板进入密封腔对密封端面进行冲洗并同时经过一流量控制孔板返回泵入口目的使流体进入密封腔并提供冷却的同时放空和降低密封腔压力。是PLAN11和PLAN13的组合,机械密封冲洗方案PLAN21,再循环由泵出口经一流量控制板和热交换器后进入密封腔，对密封端面进行冲洗用于输送介质温度超过密封极限温度的场合防止介质气化，满足辅助密封圈温度范围。防高于150结焦或聚合，改善润滑性能。注意降温不要导致晶体析出或变高黏度先开换热器冷却水，后开车。,常见问题,1.温度降得越多越好错。该方案只能少量降温，否则换热器易结水垢，介质侧也容易堵塞。API682建议用空气代替水作冷流体。2.10MPa流体，能否直接进盘管进行冷却不能，但并非盘管承压能力不够。这样会导致增大密封腔压力，增大泵的效率损失，提高密封腔的温度，致使密封在高压高温工况工作，密封会过早失效。应同PLAN11，加一节流孔板。3.该方案降不了多少温度，尽量少选错。若在几十度降温范围可以满足要求，应优先选用，因为该方案相对比较简单。4.若降温效果差，增加冷却水流量错。若不增大换热面积，只增大冷却水流量，对热流体降温帮助不大，只能降低冷流体出口温度。,机械密封冲洗方案PLAN22,再循环由泵出口经过滤器、流量控制器和热交换器后进入密封腔，对密封端面进行冲洗过滤器堵塞会引起密封失效，不推荐使用。除去过滤器同PLAN21,机械密封冲洗方案PLAN23,再循环由密封腔引出（在泵送环的作用下）经过一热交换器后返回密封腔只需冷却再循环的少量液体，降低了热交换器上的热量载荷，当输送水温度大于80，烃类温度超过150时可采用此方案,机械密封冲洗方案PLAN31,再循环由泵出口经一旋液分离器进入密封腔对密封端面进行冲洗，清洁液由旋液分离器上部进入密封腔，含有固体颗粒的液体由下部返回泵入口用于输送含有固体颗粒的介质，固体颗粒有一定硬度，比液体相对密度大，能进行旋液分离的介质,机械密封冲洗方案PLAN32,冲洗液由外部源注入密封腔中对密封端面进行冲洗外部液体源的压力需高于密封腔压力。用于不干净的介质场合。靠近叶轮密封腔的一侧需设置辅助密封装置（喉部节流衬套），泵输送介质不允许被冲洗液污染的场合禁止使用,常见问题,1.该方案可以防颗粒，防气化，防高温，防腐蚀性，是解决单端面最好的方案，是不是所有单端面都可以采用此方案呢？不是。首先，PLAN32成本极高，高于PLAN52；其次，需要现场有合适的冲洗流体，并且有大量消耗；三，会稀释或污染泵送物料。所以，一般尽可能不选用该方案，仅为降温更不考虑选用。2.泵停车时，也不能停冲洗。3.必须配小间隙喉套，保持密封腔压力，降低饱和蒸汽压。4.冲洗压力，冲洗量必须控制，见PLAN11。,机械密封冲洗方案PLAN41,再循环由泵出口经过一旋液分离器后，清洁夜体进入一热交换器后在进入密封腔对密封端面进行冲洗，含有固体颗粒的液体由旋液分离器下部排出返回泵入口用于输送介质温度高于密封极限温度的场合其它同PLAN31,机械密封冲洗方案PLAN51,密封腔低部封死，封液对压盖起急冷作用封液只进不出，漏损后由储液罐补充。该方式很少使用,机械密封冲洗方案PLAN52,非加压式外供缓冲液由一密封腔内的泵送环提供循环动力储液罐的上部与大气相通，密封液压力低于密封腔内压力，依靠泵送环进行循环，储液罐连续放空至一回收装置并保持比该密封腔压力低，通常用于串联式机械密封,常见问题,1.标准配置：高报压力开关（设置值：0.1MPa），低液位开关，压力表（耐压：6.3MPa，量程0.6MPa）2.开车前：必须先充满缓冲液。3.正常工作状态：内侧密封泄漏，气化，从储罐顶部排气口通过节流孔板引向火炬；或漏入缓冲液，导致液位上升。4.补（排）液：根据液位刻度线补液，从储罐下部排液，不需停车。5.内侧密封失效，压力开关报警（气化），高液位开关（选配）报警（不气化）。6.外侧密封失效：低液位开关报警。7.泵送环效果差，结果会怎么样？密封腔缓冲液进出口温差超过10，甚至20，为密封所不能接受。8.从成本考虑，该方案应优先于PLAN53，32选取。,机械密封冲洗方案PLAN53A,加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由一密封腔内的泵送环提供循环动力储液罐上部与压力源相通，隔离液压力大于密封腔内压力，依靠泵送环进行循环，通常用于双端面机械密封,常见问题,1.用于脏的磨蚀性或易聚合介质,不允许漏向大气2.介质允许少量污染3.封液压力高于介质至少1.5bar（一般0.4MPa)4.泵压力波动或高于35bar用差压调节器（设置值：1.41.6BAR）5.用于富胺液介质（含H2S)6.可以用于温度高于260的工况（PLAN52不能胜任的情况）7.泵送环效果差，结果会怎么样？密封腔缓冲液进出口温差超过10，甚至20，为密封所不能接受。8.从成本考虑，该方案应与PLAN32，52比较来选取。,机械密封冲洗方案PLAN53B,加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由密封腔内泵送环提供循环动力预加压的胆式蓄压器提供压力给循环系统，隔离液大于密封腔压力，依靠泵送环进行循环，热量通过一热交换器系统除去，通常用于双端面机械密封。用于介质压力高于20bar的场合,机械密封冲洗方案PLAN53C,加压的外部隔离液储液罐提供干净隔离液，由密封腔内的泵送环提供循环动力活塞蓄压器提供压力给循环系统，隔离液压力大于密封腔压力，依靠泵送环进行循环，热量通过热交换器系统除去，通常用于双端面机械密封。当介质压力波动或压力高于3.5MPa时，采用带增压罐的plan53C,机械密封冲洗方案PLAN54,加压的外部隔离液供给干净流体至密封腔，循环由外部泵或压力系统来实现外部泵或压力系统提供压力，隔离液压力大于密封腔压力，是一种常见的密封系统，常用于双端面机械密封,常见问题,1.用于高温,含固体物或两者都存在的工况2.污染介质3.封液压力高至少1.4bar4.成本高（高于PLAN53）5.液源必须可靠，不得中断，否则损坏密封，污染液源系统。6.先供液源，后开车。,机械密封冲洗方案PLAN62,外部提供流体急冷（蒸汽、气体、水等）常用于带节流衬套或辅助密封装置的单端面或双端面机械密封。目的是对密封端面进行背部冷却，防止或清除沉淀物，熄灭火花，释放和回收泄漏的介质,常见问题,1.急冷流体:低压蒸汽（高温）,氮气（低温，避开水的化学反应）,清水（常温），通常用于有毒，易燃，氧化性，易聚合，易结晶，高黏度（碱，胺，易结晶流体）介质。2.隔氧防焦冲泄漏。高于150，用蒸汽急冷防止泄漏流体结焦。3.单密封用,机械密封冲洗方案PLAN72,无压的外部气体隔离系统有毒的气体密封时通常使用氮气作为隔离气体，供给密封的气体必须送干净，可靠，低压的，排放和排空管路与低压蒸汽收集系统相连，除非在特殊情况下，不建议供给密封的气体用罐装气体，通常用于串连式机械密封,机械密封冲洗方案PLAN74,带压隔离气体控制系统通常使用氮气作为干气密封的隔离气体，供给密封的气体必须是干净、可靠、低压的，隔离气体的压力至少要高于密封腔工艺流体压力1.75bar，除非在特殊情况下，不建议供给密封的气体用罐装气体，通常用于双端面带压干气密封,泵用干气密封控制盘,机械密封冲洗方案PLAN75,排放密封腔有毒流体到流体回收器或蒸汽回收器收集器必须安放在密封排放口下方，管路向下倾斜布置，无死弯，连续排空收集储液罐到低压蒸汽回收系统。通常监视器会监控液位的位置、阀门设置及排空管中压力的高低。可单独使用，也可与PLAN72一起使用,机械密封冲洗方案PLAN76,排空密封腔重点有毒介质到蒸汽回收装置排放管中应有冷凝排放口，通常监视器会监控液位的位置、阀门设置及排空管中压力的高低，可以单独使用，也可以与PLAN72一起使用,辅助系统,储罐容积有9L、12L、20L三种规格，API682中8.5.4.3.1规定，d60选12L储罐，d60选20L储罐。用于无压双密封缓冲液冲洗系统PLAN52，缓冲液温升通过调节冷却水流量控制在816,液位开关、压力开关对密封运行状态进行监控。,（一）CMG2.52储罐系统,（二）CMG2.53储罐系统,储罐容积有9L、12L、20L三种规格，API682中8.5.4.3.1规定，d60选12L储罐，d60选20L储罐。用于有压双密封阻塞液冲洗系统PLAN53，阻塞液液温升通过调节冷却水流量控制在816,液位开关、压力开关对密封运行状态进行监控。,1.规格，仪器仪表，流体，布置方式应与用户协商。2.每套机封应配一个独立的储罐。3.储罐标准液位距泵轴中心线至少1米。4.轴径60，12l;60,20l。5.标准液位高于低液位至少150mm。6.标准液位以上气象空间容积应大于等于NLL和LLA之间容积。7.HLL距NLL之间至少50mm。8.LLA应高于BI至少50mm。9.BI应高于BO至少250mm。10.BO应高于罐底至少50mm。11.铭牌上应有最高工作压力，静压试验压力，最高/最低工作温度。12.储罐接头采用螺纹连接。,（三）CMGR换热器,换热面积有0.2m2、0.3m2、0.6m2、0.9m2、1.2m2五种规格，由制造厂根据工况选择。用于API682冲洗管路标准方案PLAN21/22/2341，盘管中介质的温降可以通过控制冷却水流量进行适当调节。,换热器盘管参数1.最高工作压力：5.2bar2.试验压力：8bar3.最大压力降：1bar4.最高进口温度：325.最高出口温度：496.最大温升：177.冷却水流量不低于8l/min。8.轴径大于60mm，管径为3/4,壁厚0.095;9.轴径小于等于60mm，管径为1/2,壁厚0.065。10.管程壳程均应能完全排气排液。11.双支泵应为每套机封分别配置。,（三）CMGZ增压罐,压力传输比1：1.1，高压腔容积45L，换热面积有0.3m2。用于API682冲洗管路标准方案PLAN53C，阻塞缓冲流体的温降可以通过控制冷却水流量进行适当调节。,SNS,（四）CMGB1补液泵,储液箱容积2L，每次输送量8.3ml，额定压力6.3MPa。用于API682冲洗管路标准方案PLAN53A/B/C储罐或增压罐的补液。,（五）CMGB2移动式补液泵,储液箱容积35L，每次输送量22/24ml，额定压力5/6.3MPa。用于API682冲洗管路标准方案PLAN53A/B/C储罐或增压罐的补液。,1.压差应高于0.17MPa,应在设计压差下工作，否则影响分离效率。2.固体密度至少为流体的两倍。（无法去除烃类中的焦炭，但可去除沙石，焊渣）3.双支泵应每套机封配一个。4.用奥氏体不锈钢制造。,（六）旋液分离器,（七）节流孔板1.可以单独使用或与喉套旋液分离器配套使用。2.最小口径3mm。3.用奥氏体不锈钢制造，带耳柄，耳柄上组注明孔径，管道通径，材料。4.串联间距不小于150mm。两个串联流量等于一个的70%,（八）内循环装置小于1800r/min循环装置的效果应考虑。,（九）冷凝液储罐(PLAN75)1.直径至少200mm，容积至少12l。2.排液口3/4，排气口1/2。3.水静压试验，最高压力的1.5倍，不低于1.4bar，持续30min。,（十）安全阀整定压力（开启压力）：使安全阀瓣开启有间隙的最小压力。整定压力为最高工作压力的1.11.05倍，容器设计压力等于或稍大于整定压力。排放压力：安全阀排放中容器内能达到的最高压力，一般为整定压力的1.1倍。回座压力：使安全阀瓣回到间隙为0的最高压力。一般为整定压力的0.9倍。公称压力：常温状态下最高许用压力，有1.6，2.5，4，6.4，10，16，32MPa级。PNS（设计压力/温度系数），最好是大于排放压力。,如何选择辅助系统,1.酸介质用布置方式1或3，不用2。2.热工况（260)选布置方式2或3。3.立式泵加方案13。4.腐蚀性介质，含颗粒介质用plan32。,封液选择,1.高于10bar阻塞液，应选低黏度流体。2.工作温度高于10，选黏度低于100mm2/s（38），110mm2/s（100）的油。3.工作温度低于10，选黏度540mm2/s（38），110mm2/s（100）的油。4.含水溶液，选水或乙二醇。5.初馏点比环境温度高至少28。6.烃类介质选蜡油或合成油（白油：ISOVG15或ISOVG65）。,对冲洗流体有如下一些要求：（1）清洁，无腐蚀性，与泵介质相容，工作温度下有较好润滑性。（2）进入泵内不影响产品质量，泄漏出来不污染环境，无其他不良影响。（3）进入泵内不影响泵的运转，如不引进抽空，汽蚀。（4）导热性好，温度合乎要求。（5）价格低廉。,炼油装置辅助系统选择,非烃类,非闪蒸烃,使用金属波纹管，无颗粒，PLAN32可用23代替,闪蒸烃,脱盐装置（原油预处理）,常减压蒸馏装置：包括三部分：（1）原油预处理：用电化学法（化学物质+高压电场）除水脱盐；（2）常压蒸馏：原油在加热炉内被加热至370，送入常压蒸馏塔，蒸馏出汽油（初馏点200）、常压瓦斯油AGO（200350，用于生产航空煤油、轻柴油和重柴油），残油是常压重油（350）。（3）减压蒸馏：再经加热炉加热至410，进入减压蒸馏塔（8.799KPa，60mm汞柱），产出减压瓦斯油VGO（350500，也叫蜡油，用作生产润滑油、变压器油，或作催化裂化或加氢裂化原