泵用机封的选型与使用

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

２００９年第３０卷第２期氮肥技术

４５

!!!!!!!!!"

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"

!!!!!!!!!"

泵用机封的选型与使用

赵

醉

（四川美丰化肥分公司德阳６１８０００）

要

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"

摘

选型叙述；并对机封的安装和常见失效原因进行了分析。关键词

泵机封选型

安装

失效

根据合成氨生产用泵的特点，结合数学模型和摩擦副局部计算热平衡模拟分析方法，对合成氨用泵机封进行了

由于合成氨工艺流程的不同，合成氨生产中

所用泵的品种、规格和数量也有较大差异。其中关键泵一般有锅炉给水泵、锅炉给水循环泵、半贫液泵及水力透平等。这些泵的轴封选择与使用情况直接关系到泵的可靠性，关系到整个合成氨

泵名称中压锅炉

给水泵半贫液泵水力透平中压锅炉循环泵贫液泵化工流程泵循环水泵计量泵

泵形式轴向剖分双级离心泵径向剖分双级离心泵径向剖分单级逆转离心泵径向剖分单级离心泵轴向剖分多级离心泵径向剖分单级离心泵轴向剖分双级离心泵柱塞泵

表１泵转速ｒ／ｍｉｎ１４７５２９５０２９５０１４７５２９５０＜２９５０７３０＜１１０

环保、长周期、稳定运行。下装置能否实现安全、

面就我公司以天然气为原料日产６００ｔ合成氨的用泵轴封（其参数及型式如表１所示）为例，谈谈泵用机封的选型与使用。

６００ｔ／ｄ合成氨泵用轴封参数与型式

密封腔压力密封腔温度

密封介质

ＭＰａ℃软水Ｋ２ＣＯ３溶液Ｋ２ＣＯ３溶液软水Ｋ２ＣＯ３溶液脱盐水、工艺

冷凝液等循环水磷酸盐溶液等

０．１／０．４０．３７／０．５５０．７３４．６４０．１６／０．３６＜３．２０．１＜５

９５１１２１１６２５４７５＜１５５３０＜４０

轴封型式单端面、平衡型、集装式机封。单端面、平衡型、集装式机封。单端面、平衡型、集装式机封。单端面、平衡型、集装式机封。单端面、平衡型、集装式机封。单端面、平衡型、集装式机封。

软填料软填料

冲洗方案①

２１＋６２３２＋６２３２＋６２３２＋６２３２＋６２２１＋６２

注：①表中数字为冲洗方案ＡＰＩ６１０中的代号

############################################

操作中注意控制，严格检修规范、间应尽量减少系统的水量，以降低系统的操作制度，在停

Ｈ２Ｏ／ＣＯ２比。具体操作控制方法如下。车封塔时注意保护，尿素设备的腐蚀问题就能够

（１）停车前，如果是计划停车，可以适当减少得到减缓，尿素设备的使用寿命就能够得以延系统的加水量，从而达到降低系统Ｈ２Ｏ／ＣＯ２比的长，以确保安全生产。目的。

参考文献（２）停车期间设备和管道冲洗时，应尽量减

１陈观平、赵云凯．尿素生产工艺与操作（中级本）

少冲洗时间和冲洗频率，以减少封塔期间系统的

２黄永昌．金属腐蚀与防护原理．上海交通大学出版社，

外加水量。

１９８９

６总结３袁一、王文善．尿素．北京化学工业出版社，１９９７

综上所述，尿素设备腐蚀是绝对的，但腐蚀４沪天化．尿素生产工艺．北京化学工业出版社，１９７９

不断总结，在速度是相对的，只要我们不断探索、（收稿日期：２００９－０３－０２）

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

４６

氮肥技术２００９年第３０卷

１

机械密封的结构组成及工作原理［１］机械密封亦称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力（磁力）的作用下，加之辅助橡胶或氟塑料密封构成有效防止工作介质泄漏的密封结构。由于两个密封端面的紧密贴合，使密封端面之间的交界（密封界面）形成一微小间隙，当有压介质通过间隙时，形成极薄的液膜，造成阻力，既阻止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此形成长期的密封效果。

在计算机封密封环热流密度时，根据把密封动、静环热流输入当作边界热流输入处理计算公

［２］

或密封环热分式（１）和密封环热量分配公式（２）

布ＡＮＳＹＳ分析合成氨泵用机封的选型。

··（PSP＋B２P）（πDm·）／６０（１）q＝fP·nｓ·gV＝f式中，f为摩擦系数；Pg为机封端面比压，ＭＰａ；PSP为弹簧比压，ＭＰａ；B２为面积比；V为密封面平均线速度，ｍ／ｓ；ｍ；Dm为密封面平均直径，

ｒ／ｍｉｎ；ＭＰａ。n为转速，Ps为密封腔压力，（１＋hsλw/hwλ）（２）qｓ／q＝１／s

λ为密封环导热系数。式中h为环的轴向厚度；

２机械密封的特点

机械密封具有性能可靠、泄漏量小、使用寿命长、功耗低、维修率低、对轴（轴套）磨损小，适

压力、泵速范围宽，满足各种腐蚀性介质用温度、

及含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求，且随着国内机械密封业的发展，不管国产泵还是进口泵，机械密封已能实现国产化，具有明显的性价比优势，因此合成氨用泵轴封８０％以上宜选用机械密封。

３中压锅炉给水泵机封

日产６００ｔ合成氨装置中的中压锅炉给水泵是将经除氧的软水送往一段炉盘管预热后分配

合成气废锅和高变气废锅，以吸至转化气废锅、

收系统余热产生中压蒸汽供系统工艺冷凝液汽提塔等设备使用，同时外送部分中压蒸汽。要求泵有较高的可靠性。

（１）由于密封介质为软水，腐蚀性弱，粘度小，润滑性较差，密封腔压力不高，宜选取单端面、内装式、平衡型机封。

（２）由于密封面平均直径的圆周速度＜２０ｍ／ｓ，故选用弹簧旋转式即能满足要求。

（３）密封腔内介质温度９５℃，辅助密封宜选

用氟橡胶，动环选用碳化硅，静环选用石墨，机封

冲洗方案选用ＡＰＩ６１０中代号２１＋６２。注意冲洗水

过低冷却水耗经冷却后温度宜控制在５５～６０℃，

量大，过高影响机封使用寿命。４半贫液泵及水力透平机封

采用两段吸收、两段再生的热钾碱脱碳工艺，为了利用压力为３．１５ＭＰａ的富含ＣＯ２的富液在送往微正压操作的ＣＯ２再生塔前所需减压的压力能，工程设计中采用水力透平来回收该能量用以驱动半贫液泵。

水力透平为逆转离心泵，从日本进口。根据机封工作参数p、选择单端面、内v、t及介质特性，

平衡型、集装式机械密封，即将轴套、机封装式、

。集装式机封对和压盖组装为一体（如图１所示）

安装技术要求低，安装精度易保证。动环材料选用３１６ＳＳ镶嵌碳化硅，静环为石墨。机封冲洗方案选用ＡＰｌ６１０中代号３２＋６２。冲洗液正常生产时考虑到脱碳系统的水平衡宜选用贫液（引自贫液泵出口管线），在开车期间无贫液可选用锅炉给水作冲洗液。注意冲洗液应经过滤和减压，冷却

过低易使冲洗管后温度以控制在５５～６０℃为佳，

切忌道和冷却设备堵塞。激冷液宜选用脱盐水，

用循环水，否则易使机封结垢卡滞。考虑到进口备件价格高，订货时可不订机封备件，投用后需更换时改用国产机封备件。实践证明，国产机封仍能保证１２个月以上的使用寿命。

图１集装式机械密封结构图

１轴套５动环９定位块

２轴套密封圈６压盖密封圈１０定位销１３弹簧

３紧定螺钉４动环密封圈７压盖８静环密封圈１１紧定螺钉１２节流环

１５泵轴

１４弹簧座

简要介绍资料的主要内容,以获得更多的关注

第２期赵醉：泵用机封的选型与使用

４７

中压锅炉循环泵机封

为转化气废锅给水实现强制循环的中压锅炉循环泵，其轴封工作压力４．６ＭＰａ、温度高达２５４℃。一般设计者多选用双端面、平衡型机械密封；机封冲洗方案选用ＡＰＩ６１０中代号３２＋６２。亦即用轴套上循环轮的泵效作用将软水从轴封腔引出，经冷却器降温后再回到轴封腔对机封进行循环冷却，使机封的工作温度低于泵介质温度，从而保证机封的正常使用寿命。这种选择具有正

无需单独配置冲洗水管常运行冲洗水不易间断、

道，轴封箱与泵体为一体、同心轴易保证等优点。但也具有机封结构复杂、泵轴长、加工难度大、价格高等不足；泵不运转就无冲洗水，启泵和停泵阶段机封处于高温环境，易造成机封辅助密封件热变形或老化等损坏。我公司实际选型时采用单端面、平衡型、集装式机械密封。选材时考虑温度高、动静环接触面承受比压大等因素，因此动静

耐磨性好的碳化钨和金属环宜选用传热系数大、

合金材料，同时将动静环密封面宽度减小至６ｍｍ以减小摩擦力。机封冲洗方案选用ＡＰＩ６１０中代号３２＋６２。冲洗水来源从中压锅炉给水泵出口管引来，其压力为４．９ＭＰａ，温度９２℃，所耗冷却水少，冷却面积也相对较少。注意冲洗液经冷却后温度以控制在５０℃以下为佳。这样选型具有结构简单、价格低、检修维护方便等优点，特别是在停泵和启泵阶段也能保证有冲洗水进入机封，杜绝了泵机封在泵未运转时处于高温环境的情况，进而保证机封的长寿命运行。６机械密封的安装

机械密封的安装，特别是集装式机械密封的

安装的安装比较简单。但安装工作仍非常重要，

正确与否直接关系到机封能否达到预期的轴封效果。安装时应注意以下几点。

（１）机械密封对泵精度的要求①安装机械密封部位的轴（或轴套）的径向跳动公差最大≯０．０５ｍｍ。

②转子轴向窜动量≯０．１５ｍｍ。

③密封腔体与密封端盖结合的定位端面对轴（或轴套）表面的跳动公差最大≯０．０５ｍｍ。

（２）机封装入前，轴（轴套）、压盖应无毛刺，轴承状况保持良好；密封件、轴、密封腔、压盖应清洗干净，以防杂质进入密封部位而损坏密封

轴上安装机械密封的部位面。为减小摩擦阻力，

５

应薄薄地涂上一层油或肥皂水，以进行润滑。

（３）先将静环与压盖一起装在轴上，注意不要与轴相碰，然后将动环组件装入。注意必须保证弹性元件的压缩量，按设计要求压缩至工作高度。弹簧座或传动座的紧定螺钉应分几次均匀拧紧。

在未固定压盖前，用手推补偿环作轴向压缩，松开后补偿环能自动弹回，无卡滞现象。然后将压盖螺栓均匀地锁紧。

（４）应保证冲洗液的流量、温度、压力和清洁度。建议在冲洗管路上设置丝网规格不低于１２０目的过滤器。冲洗液压力比密封腔内压力高０．２～０．３ＭＰａ。

７影响机械密封失效的主要因素

机械密封主要是起轴封作用。其主要故障就是起不到密封作用。机封有四个基本的密封点：（１）动环与静环的相对旋转密封；（２）静环与压盖的密封；（３）动环与轴（轴套）的密封；（４）压盖与泵壳的密封。该四个密封点中后三个属静密封，只要造型、选材、安装得当，冲洗、冷却得到保证，一般能达到正常使用寿命。而动环与静环的相对旋转密封则是动密封，受影响的因素较多，也更为复杂，是密封故障的主要问题。它不仅与压缩端面比压和动静环材质、密封面宽度等机封自身因素有关，还与泵轴的轴向窜动量、泵的轴向力、泵轴的挠度、辅助冲洗系统的合理性、泵的振动及泵汽蚀等因素有关。也就是说机封与泵本身的制造质量和安装、操作有关。８结束语

合成氨用泵轴封８０％以上宜采用机封，而泵使用过程中的故障问题约４０％表现为机封问题，因此机械密封的可靠性是合成氨装置实现安全、环保、稳定、长周期运行的基本要素之一。实践证

正确安装、精心操作和认明，只要通过合理选型、

真维护，机械密封完全能承担起合成氨用泵轴封的重任。

参考文献

１２３

徐灏．密封［Ｍ］．北京：中国冶金工业出版社，２００２魏文亮．机械密封环热平衡分析．辽宁工程技术大学学报，２００８

魏宗胜．合成氨工业用泵．化工设备设计，１９９８年第３３卷

（收稿日期：２００８－１１－２６）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/7efq.html