合理的機封選型防止環(huán)境污染

摘要：通過對常用的機械密封沖洗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用場合的分析，選用合適的密封及沖洗系統(tǒng)，提高危險介質(zhì)機泵運行的可靠性，避免介質(zhì)泄露對環(huán)境造成危害。合理選擇機械密封及其沖洗系統(tǒng)可以保證機泵長周期、穩(wěn)定、連續(xù)的運行，反之會造成密封泄露，不僅影響環(huán)境，還會造成火災(zāi)、中毒、爆炸甚至是人身傷亡事故。熱油泵、輕烴泵及有毒有害介質(zhì)泵是石油化工行業(yè)常見的危險介質(zhì)機泵，這類機泵密封和沖洗系統(tǒng)的選型應(yīng)引起高度重視。

關(guān)鍵詞：機械密封；雙密封；高危介質(zhì)；環(huán)境保護

中圖分類號：X3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0075-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.033

Abstract： through the analysis of the mechanical seal flushing system structure and application， selection of suitable sealing and flushing system， improve the reliability of dangerous medium pump operation， avoid medium leakage caused harm to the environment. Reasonable selection of mechanical seal and flushing system can ensure the pump long cycle， stable and continuous operation， and will cause the seal leakage， not only affects the environment， but also cause fire， explosion， poisoning and even casualties. Hot oil pump， light hydrocarbon pump and poisonous and harmful medium pump are common dangerous medium pumps in petrochemical industry. The selection of sealing and washing system of pump and pump should be paid more attention to.

Key words：Mechanical seal；Double seal；High risk medium；Environmental protection

機泵是石油化工企業(yè)內(nèi)的主要設(shè)備，各種物料的輸送及增壓都要用到機泵。密封作為機泵的重要部件之一，其主要作用是防止泵內(nèi)介質(zhì)向外界泄露。由于早期機泵的密封選型標(biāo)準低、易泄露，存在嚴重的安全和環(huán)境污染隱患。國內(nèi)石油化工企業(yè)因機泵密封泄露而引發(fā)的事故層出不窮，火災(zāi)、爆炸、中毒、環(huán)境污染等事故嚴重威脅著裝置的安全生產(chǎn)與正常運行。[1]

1 危險介質(zhì)泵的分類及其危害

石油化工企業(yè)最常接觸到的危險介質(zhì)泵有以下三類：

（1）高溫?zé)嵊捅?/p>

輸送介質(zhì)最高運行溫度大于或等于其自燃點或介質(zhì)溫度大于200℃。

例如：蒸餾裝置的側(cè)線泵、減底泵、常底泵和初底泵。

（2）輕烴泵

輸送介質(zhì)在大氣壓力下，非常容易揮發(fā)的烴類物質(zhì)，一般是指C5或更輕的烴類物質(zhì)的單體或其混合物。

例如：蒸餾裝置的初頂油泵、常頂回流泵。

（3）有毒有害介質(zhì)泵

在其生產(chǎn)、使用或處置的任何階段，都具有對人、其他生物或環(huán)境帶來潛在危害特性的物質(zhì)，包括：苯、甲苯和二甲苯、多乙苯、苯乙烯、硫化氫、氯氣、二氧化硫、甲醇等。一般輸送的介質(zhì)中含有毒有害介質(zhì)成分時，也劃分為有毒有害介質(zhì)泵。

有毒有害介質(zhì)是不允許泄露至大氣中的，即便是有微量的泄露若被人吸入后也會造成中毒、麻痹或者患病的后果。

2 機泵密封的分類

密封是一種旋轉(zhuǎn)機械的軸封裝置，它阻止了泵內(nèi)介質(zhì)通過泵軸向大氣泄露。常用的密封裝置分為填料密封和機械密封。填料密封是在泵軸和泵殼之間塞入填料，并把填料壓緊，以實現(xiàn)密封的原理。這類密封的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護方便，但是存在密封效果差的缺點，不能用在危險介質(zhì)機泵上的。[2]

機械密封是指由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補償機構(gòu)彈力（或磁力）的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。機械密封常常被簡稱為“機封”。由于機械密封具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點，所以當(dāng)今世界上機械密封是在有旋轉(zhuǎn)軸設(shè)備的最主要的軸密封方式。機封也被稱為“端面密封”。[3]

3 常用機封的介紹

在石油化工廠常用的機封有單端面密封和雙端面密封。

單端面密封只有一對摩擦副形成密封，這類機封因為缺少必要的泄露保護措施常用在普通流體泵上。

雙端面密封即有兩對摩擦副形成密封，這就相當(dāng)于有雙重保護措施，即便是內(nèi)側(cè)機封泄露，泄露的介質(zhì)也只是存在兩個機封之間的密封腔內(nèi)，外側(cè)機封能阻止介質(zhì)向大氣泄露。對于雙端面機封根據(jù)兩個密封之間壓力的大小又分為有壓雙端面和無壓雙端面機封。有壓雙端面機封的兩個密封之間的壓力比密封腔的壓力高。這種機封一旦內(nèi)側(cè)機封發(fā)生泄露，泵內(nèi)介質(zhì)不會外露，只是白油漏入泵內(nèi)，這種機封使用前提是允許泵送介質(zhì)混入少量的工業(yè)白油，如原料油泵等。

無壓雙端面密封的兩個密封之間的壓力比密封腔的壓力低。這種機封一旦內(nèi)側(cè)機封發(fā)生泄露，泵內(nèi)后漏入兩道機封之間的腔，這種機封常用于不允許泵送介質(zhì)混入任何其他物質(zhì)，如成品油泵等。

雙端面機封一般配置有輔助系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)由白油罐、冷卻罐、泵送環(huán)和監(jiān)測儀表等組成。

常用的機封還有一種是干氣密封，它也是雙機封，只不過是在機封密封腔內(nèi)沖入氮氣，靠氣體來密封介質(zhì)，這種機封常用于輕烴泵，一旦內(nèi)側(cè)機封泄露氣化的輕烴可以排入火炬管網(wǎng)。

4 機封及輔助系統(tǒng)的選型要點

4.1 機封及其布置方式的分類

常用的機封標(biāo)準中密封共有三種型式：

A型密封：內(nèi)置、平衡、集裝式推環(huán)機械密封。標(biāo)準密封的彈性元件為多彈簧旋轉(zhuǎn)式，輔助密封元件為O型圈；

B型密封：內(nèi)置、平衡、集裝式波紋管機械密封。標(biāo)準密封的彈性元件為旋轉(zhuǎn)式，輔助密封元件為O型圈；

C型密封：內(nèi)置、平衡、集裝式金屬波紋管機械密封。標(biāo)準密封的彈性元件為靜止式，輔助密封元件為柔性石墨；

A型和B型密封的工作溫度是176℃，C型密封的工作溫度可達400℃。

機械密封的布置方式分三種：

布置方式1：單密封；

布置方式2：雙密封，兩密封間的壓力小于密封腔的壓力；

布置方式3：雙密封，利用了壓力高于密封腔內(nèi)壓力的阻塞液體；

4.2 常用機封沖洗方案和輔助系統(tǒng)的介紹

常用的密封沖洗方案和輔助系統(tǒng)主要有：

PL11：這是清潔介質(zhì)常用的沖洗方案，將介質(zhì)從泵出口送至密封腔內(nèi)，為密封提供冷卻和從密封腔排氣。沖洗液從密封空腔返回至泵內(nèi)。

PL21：用于清潔高溫介質(zhì)的沖洗方案，沖洗流程同PL11，只是在沖洗管路中增加了冷卻器，用來降低沖洗介質(zhì)的溫度。

PL32：用于泵送介質(zhì)含雜質(zhì)的工況，采用外接沖洗液進行沖洗和冷卻。

PL52：用于無壓雙密封系統(tǒng)（布置方案2），適用于清潔輕質(zhì)介質(zhì)。由雙密封及注入其中的緩沖液組成，在密封儲罐內(nèi)裝有緩沖液體，密封儲罐出口與排氣系統(tǒng)相連，內(nèi)側(cè)密封泄露的結(jié)果是介質(zhì)進入緩沖液體中，在密封儲罐上設(shè)置液位及壓力報警開關(guān)，可有效監(jiān)測內(nèi)密封的泄露情況。

PL72：用于無壓雙密封系統(tǒng)，適用于清潔雜質(zhì)的工況。由雙密封及緩沖氣組成。低壓氣體用來稀釋內(nèi)部密封的微量泄露，系統(tǒng)設(shè)置流量開關(guān)和壓力開關(guān)用來監(jiān)測氣源及泄露狀況。

PL76：常與PL72系統(tǒng)配合使用，用于將緩沖氣體排至密閉系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)置節(jié)流孔板和壓力開關(guān)用來監(jiān)測主密封的泄露。

機封選型時應(yīng)該根據(jù)工況條件選用合理的輔助系統(tǒng)。

5 危險介質(zhì)泵機封的選型指導(dǎo)

以下是危險介質(zhì)泵的選型指導(dǎo)方法。

（1）高溫?zé)嵊捅妹芊夂洼o助系統(tǒng)的選型設(shè)計原則如下：

高溫?zé)嵊捅玫拿芊庖话氵x擇面對背的無壓串聯(lián)密封（布置方式2），密封布置方案選用2CW-CW（液體緩沖的雙機封），彈性元件采用耐高溫波紋管。磨擦副配對材料選用低摩擦熱、傳熱性好的材質(zhì)。

高溫?zé)嵊捅玫臎_洗方案若介質(zhì)清潔且潤滑性好則采用PL21。若泵送介質(zhì)性質(zhì)特殊不適宜沖洗機封則可采用PL32。

輔助系統(tǒng)采用PL52或PL53。儲液罐采用細長型，。儲液罐應(yīng)能承受介質(zhì)的溫度和壓力。該系統(tǒng)設(shè)置：液位指示、壓力指示、溫度指示，高低液位報警開關(guān)、高壓力報警開關(guān)；

高溫?zé)嵊捅玫臎_洗系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)常用的備選方案有：PL21+52（53）、PL32+52（53）。

（2）輕烴泵密封和輔助系統(tǒng)的選型設(shè)計原則如下：

輕烴泵的密封一般選擇無壓串聯(lián)密封（布置方式2），密封布置方案選用2CW-CS或2CW-CS（氣體緩沖的雙機封），彈性元件采用標(biāo)準彈簧。磨擦副配對材料選用低摩擦熱、傳熱性好的材質(zhì)。對于輸送高硫化氫含量介質(zhì)的密封，輔助密封元件采用全氟醚橡膠。

輕烴泵的沖洗方案一般選用PL11。輔助系統(tǒng)采用PL72+76。該系統(tǒng)設(shè)置：流量指示、壓力指示，低流量報警開關(guān)、高壓力報警開關(guān)、低壓力報警開關(guān)；

輕烴泵也可采用PL52輔助系統(tǒng)，其要求與高溫?zé)嵊捅玫妮o助系統(tǒng)相同。

輕烴泵的沖洗系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)常用的備選方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。

（3）有毒有害介質(zhì)泵密封和輔助系統(tǒng)的選型設(shè)計原則如下：

有毒有害介質(zhì)泵的密封選擇面對背的無壓串聯(lián)密封（布置方式2），密封布置方案選用2CW-CW，彈性元件根據(jù)介質(zhì)溫度采用彈簧或耐高溫波紋管。

有毒有害介質(zhì)泵的沖洗方案根據(jù)介質(zhì)情況可選PL11、PL21等。輔助系統(tǒng)常采用PL52。儲液罐應(yīng)能承受介質(zhì)的溫度和壓力。該系統(tǒng)設(shè)置：液位指示、壓力指示、溫度指示，高低液位報警開關(guān)、高壓力報警開關(guān)；

有毒有害介質(zhì)泵的沖洗系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)常用的備選方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。

6 結(jié)束語

機械密封在機泵用軸封中占據(jù)舉足輕重的地位。據(jù)日本對石油化工企業(yè)災(zāi)害事故的統(tǒng)計，在化工裝置發(fā)生的786起事故中，約有332起是由泄露引起的。發(fā)生在印度博帕爾市美國聯(lián)合碳化物公司農(nóng)藥廠的異氰酸鉀毒氣泄露造成了災(zāi)難性的后果。[4]

所以，機封的選型應(yīng)引起工程設(shè)計人員和使用單位的高度重視，合理的機封選型不僅是安全生產(chǎn)的前提，也是環(huán)境保護、節(jié)能降耗的保證。

參考文獻

[1] 薛敦松.石油化工廠設(shè)備檢修手冊《泵》-2版 [M]. 北京：中國石化出版社，2007.

[2]郝木明.機械密封技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京中國石化出版社，2010.

[3]全國化工設(shè)備技術(shù)中心站機泵技術(shù)委員會.工業(yè)泵選用手冊[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998.

[4]郝木明.機械密封技術(shù)及應(yīng)用[M]. 北京：中國石化出版社，2010.

作者簡介：李賽飛（1981-），男，本科，工程師。