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行業(yè)新聞

三種不同密封形式泵的安全性比較

在石油化工行業(yè),離心泵具有性能范圍廣泛、流量均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)可靠和維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn),得到了廣泛的使用,占裝置泵總量的70~80%。而常見(jiàn)離心泵有單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵及屏蔽泵等。那么,在輸送危險(xiǎn)物料時(shí)單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵及屏蔽泵那個(gè)安全性更好,相對(duì)那種泵又比較經(jīng)濟(jì)。本文以甲醇裂解制氫裝置甲醇輸送泵為例,針對(duì)這3種類型的離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軸封特性進(jìn)行分析和探討。

一、案例

某石化企業(yè)甲醇裂解制氫裝置,原料由甲醇輸送泵P-3307A/B送到裝置進(jìn)料泵,該甲醇輸送泵工藝技術(shù)參數(shù)如下:

甲醇的特性:甲醇是一種有機(jī)化合物,密度0.791 g/mL,沸點(diǎn)64.7℃。甲醇揮發(fā)度高、無(wú)色、易燃易爆、有毒,誤飲5~10毫升能雙目失明,大量飲用會(huì)導(dǎo)致死亡。常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志 (GB13690-92)將該物質(zhì)劃為第3.2 類中閃點(diǎn)易燃液體。

二、各泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軸封特性

1、機(jī)械密封概述

機(jī)械密封(也稱端面密封)是一種用來(lái)解決旋轉(zhuǎn)軸和機(jī)體之間的密封裝置,它是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面,在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下,保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置,常用于機(jī)泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械。機(jī)械密封的基本元件由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、輔助密封(動(dòng)靜環(huán)密封圈、軸套密封圈)組成。其機(jī)械密封外形結(jié)構(gòu)圖如圖2-1

械密封外形結(jié)構(gòu)圖

機(jī)械密封的工作原理如圖2-2所示。它是靠彈性構(gòu)件(如彈簧或波紋管,或波紋管及彈簧組合構(gòu)件)和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸表面(端面)上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力,使這兩個(gè)端面緊密貼合,端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。這層液體膜具有流體動(dòng)壓力與靜壓力,起著潤(rùn)滑和平衡壓力的作用。

機(jī)械密封一般有四個(gè)密封部位(通道),如圖2-2中所示A、B、C、D。A通道是旋轉(zhuǎn)環(huán)與靜止環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封,它是機(jī)械密封裝置中的主密封,也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。B處為靜環(huán)7與壓蓋4端面之間的密封;C處為動(dòng)環(huán)3與軸(或軸套)9配合面之間的密封,因能隨補(bǔ)償環(huán)軸向移動(dòng)并起密封作用,所以又稱副密封;D處為壓蓋與泵殼端面之間的密封。B、D、C三處是靜止密封,一般不易泄漏。

2、單端面密封離心泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

如圖2-3所示,單端面密封離心泵的軸封由一對(duì)摩擦副密封端面組成,只有一級(jí)密封,一般有自沖悉系統(tǒng),無(wú)外供液沖洗冷卻系統(tǒng),當(dāng)這一級(jí)密封泄漏時(shí),泵體介質(zhì)會(huì)直接泄漏到環(huán)境中,主要適用于一般介質(zhì)場(chǎng)合。與其他輔助密封并用時(shí),可用于帶懸浮顆粒、高溫、高壓等場(chǎng)合。

圖2-3:?jiǎn)味嗣婷芊?/p>

3、雙端面密封離心泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

如圖2-4所示,雙端面密封離心泵的軸封由兩對(duì)摩擦副密封端面(動(dòng)靜環(huán)摩擦副1、動(dòng)靜環(huán)摩擦副2)組成,需外供封液系統(tǒng),帶有泄漏液收集和泄漏報(bào)警裝置的雙機(jī)封密封。一級(jí)是內(nèi)機(jī)封,由泵體工藝介質(zhì)提供潤(rùn)滑沖洗;一級(jí)是外機(jī)封,由外供液系統(tǒng)進(jìn)行冷卻、沖洗。雙端面密封具有兩級(jí)密封,當(dāng)內(nèi)機(jī)封泄漏時(shí),會(huì)先泄漏到外級(jí)機(jī)封的沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐,而沒(méi)有直接泄漏到環(huán)境中來(lái),確保初步的安全。只有內(nèi)外兩級(jí)機(jī)封都泄漏時(shí),泵體介質(zhì)才會(huì)泄漏到環(huán)境中,適用于強(qiáng)腐蝕、高溫的介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)、低粘度的介質(zhì),以及高真空等場(chǎng)合。

圖2-4:雙端面密封爆炸圖

4、屏蔽泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

(1)屏蔽泵的工作原理及結(jié)構(gòu)

如圖2-5所示,屏蔽泵是一種無(wú)密封泵,泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被密封在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi),此壓力容器只有靜密封,并由一個(gè)電線組來(lái)提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有的旋轉(zhuǎn)軸密封裝置,故能做到完全無(wú)泄漏。

屏蔽泵屬于離心泵的一種特殊形式,主要由泵體、葉輪、定子、轉(zhuǎn)子、前后導(dǎo)軸承、軸套以及推動(dòng)盤(pán)組成。電動(dòng)機(jī)與泵合為一體,定子、轉(zhuǎn)子表面分別用非磁性薄壁材料包封,與工藝介質(zhì)隔開(kāi),轉(zhuǎn)子由前后導(dǎo)軸承支撐,浸在輸送的介質(zhì)中。轉(zhuǎn)子軸端裝有葉輪,形成無(wú)軸封的結(jié)構(gòu),以達(dá)到無(wú)泄漏輸送的目的。

圖2-5:屏蔽泵

1.泵體 2.葉輪 3.前導(dǎo)軸承 4.定子 5.轉(zhuǎn)子 6.軸 7.后導(dǎo)軸承 8.推動(dòng)盤(pán) 9.軸承監(jiān)視器

(2)屏蔽泵的軸封特點(diǎn)

從屏蔽泵的原理和屏蔽泵的結(jié)構(gòu)(圖2-5)可知:屏蔽泵沒(méi)有旋轉(zhuǎn)軸密封裝置,即沒(méi)有動(dòng)密封,只有靜密封,所以,靜密封點(diǎn)完好無(wú)泄漏時(shí),那屏蔽泵就可以達(dá)到無(wú)泄漏的要求。

三、安全性及經(jīng)濟(jì)性比較

(1)安全性比較的角度說(shuō)明

一個(gè)設(shè)備的安全性評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合系統(tǒng)的問(wèn)題,具包括設(shè)備本身質(zhì)量的可靠性及設(shè)備的完好性,也包括環(huán)境及人的行為操作對(duì)設(shè)備安全的影響。因本文論述的側(cè)重點(diǎn)是單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵及屏蔽泵在輸送危險(xiǎn)物料時(shí)的安全性,所以這三臺(tái)泵的安全性評(píng)價(jià)側(cè)重在泵泄漏造成的危害角度?,F(xiàn)在進(jìn)行的安全性比較僅從泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性,當(dāng)軸封故障發(fā)生泄露時(shí),造成介質(zhì)泄漏到環(huán)境中,可能引起的人身健康、環(huán)保,安全角度進(jìn)行考慮,進(jìn)行比較的。

(2)甲醇輸送泵泄漏時(shí)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

由本案例可知,輸送泵輸送的介質(zhì)為甲醇,甲醇揮發(fā)度高、無(wú)色、易燃易爆、有毒。易燃,其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。與氧化劑接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或引起燃燒。在火場(chǎng)中,受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方,遇明火會(huì)引著回燃。燃燒分解一氧化碳、二氧化碳、水。有劇毒。

(3)輸送泵輸送甲醇危險(xiǎn)物料的安全性比較

根據(jù)甲醇泵輸送甲醇危險(xiǎn)物料可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及軸封特性分析可知,單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵、屏蔽泵在輸送甲醇危險(xiǎn)物料時(shí):

①蔽泵可以達(dá)到無(wú)泄漏的要求,所以最安全。

②雙端面密封離心泵具有的兩級(jí)密封,當(dāng)內(nèi)機(jī)封泄漏時(shí),會(huì)先泄漏到外級(jí)機(jī)封的沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐,而沒(méi)有直接泄漏到環(huán)境中來(lái),確保初步的安全,所以相對(duì)比較安全。

③單端面密封離心泵只有一級(jí)密封,當(dāng)機(jī)封泄漏時(shí),泵體介質(zhì)會(huì)直接泄漏到環(huán)境中,所以安全性一般。

(4)經(jīng)濟(jì)性的比較

對(duì)于經(jīng)濟(jì)性的比較,單端面密封離心泵和雙端面密封離心泵設(shè)備投資費(fèi)用稍微低,但后期的設(shè)備故障率高,檢修維護(hù)多;而屏蔽泵因制造工藝技術(shù)要求高,則前期設(shè)備投資費(fèi)用高,一般為國(guó)產(chǎn)的離心泵的2-4倍,但后期的設(shè)備檢修維護(hù)會(huì)相對(duì)低。記相關(guān)的統(tǒng)計(jì),單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵后期的維護(hù)費(fèi)用大概為屏蔽泵的2倍。

綜上所述,單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵、屏蔽泵在輸送甲醇危險(xiǎn)物料時(shí),安全性及經(jīng)濟(jì)性比較如下表3-1所示:

四、結(jié)束語(yǔ)

在石油、化工裝置對(duì)泵的要求,必須滿足對(duì)介質(zhì)特性的要求,要充分考慮輸送介質(zhì)的特性,工況環(huán)境的特點(diǎn),安全環(huán)保的要求及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行綜合考慮。安全優(yōu)先,經(jīng)濟(jì)性為本。一般的場(chǎng)合,優(yōu)先選用單端面密封,因?yàn)閱味嗣婷芊饨Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低。但在以下特殊的場(chǎng)合,就要嚴(yán)格按照要求選擇:

(1)對(duì)輸送易燃、易爆、易揮發(fā)的低溫介質(zhì)(液化石油氣等)、有毒或貴介質(zhì)的泵要求軸封可靠或采用無(wú)泄漏泵。應(yīng)優(yōu)先選用無(wú)泄漏泵,如屏蔽泵、磁力泵或帶有泄漏液收集和泄漏報(bào)警裝置的雙重機(jī)封密封。

因此,在本案例中,甲醇裂解制氫裝置原料泵甲醇輸送泵輸送的介質(zhì)甲醇為易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒性危險(xiǎn)介質(zhì),應(yīng)該以安全性為優(yōu)先,兼具經(jīng)濟(jì)性考慮,而輸送的介質(zhì)甲醇為很潔凈的物質(zhì),非常適合屏蔽泵對(duì)介質(zhì)的要求,這樣后期泵的故障率少,檢修維護(hù)成本會(huì)低很多,一備一用,整體設(shè)備投資也不是很高。所以,在輸送甲醇等易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒性危險(xiǎn)介質(zhì)時(shí),選擇屏蔽泵為最佳方案。