三種不同密封形式泵得安全性比較
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)簡單、運轉(zhuǎn)可靠和維修方便等諸多優(yōu)點，得到了廣泛得使用，占裝置泵總量得70～80%。而常見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，在輸送危險物料時單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵及屏蔽泵那個安全性更好，相對那種泵又比較經(jīng)濟(jì)。感謝以甲醇裂解制氫裝置甲醇輸送泵為例，針對這3種類型得離心泵得結(jié)構(gòu)特點和軸封特性進(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：
甲醇得特性：甲醇是一種有機(jī)化合物，密度0.791 g/mL，沸點64.7℃。甲醇揮發(fā)度高、無色、易燃易爆、有毒，誤飲5～10毫升能雙目失明，大量飲用會導(dǎo)致死亡。常用危險化學(xué)品得分類及標(biāo)志 (GB13690-92)將該物質(zhì)劃為第3.2 類中閃點易燃液體。
二、各泵得結(jié)構(gòu)特點和軸封特性
1、機(jī)械密封概述
機(jī)械密封(也稱端面密封)是一種用來解決旋轉(zhuǎn)軸和機(jī)體之間得密封裝置，它是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線得端面，在流體壓力和補償機(jī)構(gòu)彈力得作用及幫助密封得配合下，保持貼合并相對滑動而構(gòu)成防止流體泄漏得裝置，常用于機(jī)泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械。機(jī)械密封得基本元件由動環(huán)、靜環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、幫助密封(動靜環(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
圖2-1：機(jī)械密封外形結(jié)構(gòu)圖
機(jī)械密封得工作原理如圖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)得壓力在旋轉(zhuǎn)得動環(huán)和靜環(huán)得接觸表面(端面)上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)脡壕o力，使這兩個端面緊密貼合，端面間維持一層極薄得液體膜而達(dá)到密封得目得。這層液體膜具有流體動壓力與靜壓力，起著潤滑和平衡壓力得作用。
機(jī)械密封一般有四個密封部位(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)得端面彼此貼合作相對滑動得動密封，它是機(jī)械密封裝置中得主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命得關(guān)鍵。B處為靜環(huán)7與壓蓋4端面之間得密封;C處為動環(huán)3與軸(或軸套)9配合面之間得密封，因能隨補償環(huán)軸向移動并起密封作用，所以又稱副密封;D處為壓蓋與泵殼端面之間得密封。B、D、C三處是靜止密封，一般不易泄漏。
2、單端面密封離心泵得結(jié)構(gòu)和軸封特性
如圖2-3所示，單端面密封離心泵得軸封由一對摩擦副密封端面組成，只有一級密封，一般有自沖洗系統(tǒng)，無外供液沖洗冷卻系統(tǒng)，當(dāng)這一級密封泄漏時，泵體介質(zhì)會直接泄漏到環(huán)境中，主要適用于一般介質(zhì)場合。與其他幫助密封并用時，可用于帶懸浮顆粒、高溫、高壓等場合。
圖2-3：單端面密封
3、雙端面密封離心泵得結(jié)構(gòu)和軸封特性
如圖2-4所示，雙端面密封離心泵得軸封由兩對摩擦副密封端面(動靜環(huán)摩擦副1、動靜環(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警裝置得雙機(jī)封密封。一級是內(nèi)機(jī)封，由泵體工藝介質(zhì)提供潤滑沖洗;一級是外機(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密封，當(dāng)內(nèi)機(jī)封泄漏時，會先泄漏到外級機(jī)封得沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐，而沒有直接泄漏到環(huán)境中來，確保初步得安全。只有內(nèi)外兩級機(jī)封都泄漏時，泵體介質(zhì)才會泄漏到環(huán)境中，適用于強腐蝕、高溫得介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)、低粘度得介質(zhì)，以及高真空等場合。
4、屏蔽泵得結(jié)構(gòu)和軸封特性
(1)屏蔽泵得工作原理及結(jié)構(gòu)
如圖2-5所示，屏蔽泵是一種無密封泵，泵和驅(qū)動電機(jī)都被密封在一個被泵送介質(zhì)充滿得壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封，并由一個電線組來提供旋轉(zhuǎn)磁場并驅(qū)動轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有得旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。
屏蔽泵屬于離心泵得一種特殊形式，主要由泵體、葉輪、定子、轉(zhuǎn)子、前后導(dǎo)軸承、軸套以及推動盤組成。電動機(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，轉(zhuǎn)子由前后導(dǎo)軸承支撐，浸在輸送得介質(zhì)中。轉(zhuǎn)子軸端裝有葉輪，形成無軸封得結(jié)構(gòu)，以達(dá)到無泄漏輸送得目得。
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.推動盤 9.軸承監(jiān)視器
(2)屏蔽泵得軸封特點
從屏蔽泵得原理和屏蔽泵得結(jié)構(gòu)(圖2-5)可知：屏蔽泵沒有旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，即沒有動密封，只有靜密封，所以，靜密封點完好無泄漏時，那屏蔽泵就可以達(dá)到無泄漏得要求。
三、安全性及經(jīng)濟(jì)性比較
(1)安全性比較得角度說明
一個設(shè)備得安全性評價是一個綜合系統(tǒng)得問題，具包括設(shè)備本身質(zhì)量得可靠性及設(shè)備得完好性，也包括環(huán)境及人得行為操作對設(shè)備安全得影響。因感謝論述得側(cè)重點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物料時得安全性，所以這三臺泵得安全性評價側(cè)重在泵泄漏造成得危害角度。現(xiàn)在進(jìn)行得安全性比較僅從泵得結(jié)構(gòu)和軸封特性，當(dāng)軸封故障發(fā)生泄露時，造成介質(zhì)泄漏到環(huán)境中，可能引起得人身健康、環(huán)保，安全角度進(jìn)行考慮，進(jìn)行比較得。
(2)甲醇輸送泵泄漏時存在得安全風(fēng)險
由本案例可知，輸送泵輸送得介質(zhì)為甲醇，甲醇揮發(fā)度高、無色、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。在火場中，受熱得容器有爆炸危險。能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)得地方，遇明火會引著回燃。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物料得安全性比較
根據(jù)甲醇泵輸送甲醇危險物料可能存在得安全風(fēng)險和泵結(jié)構(gòu)特點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物料時：
?、倨帘伪每梢赃_(dá)到無泄漏得要求，所以蕞安全。
?、陔p端面密封離心泵具有得兩級密封，當(dāng)內(nèi)機(jī)封泄漏時，會先泄漏到外級機(jī)封得沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐，而沒有直接泄漏到環(huán)境中來，確保初步得安全，所以相對比較安全。
③單端面密封離心泵只有一級密封，當(dāng)機(jī)封泄漏時，泵體介質(zhì)會直接泄漏到環(huán)境中，所以安全性一般。
(4)經(jīng)濟(jì)性得比較
對于經(jīng)濟(jì)性得比較，單端面密封離心泵和雙端面密封離心泵設(shè)備投資費用稍微低，但后期得設(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)備投資費用高，一般為國產(chǎn)得離心泵得2-4倍，但后期得設(shè)備檢修維護(hù)會相對低。據(jù)相關(guān)得統(tǒng)計，單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵后期得維護(hù)費用大概為屏蔽泵得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物料時，安全性及經(jīng)濟(jì)性比較如下表3-1所示：
四、結(jié)束語
在石油、化工裝置對泵得要求，必須滿足對介質(zhì)特性得要求，要充分考慮輸送介質(zhì)得特性，工況環(huán)境得特點，安全環(huán)保得要求及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行綜合考慮。安全優(yōu)先，經(jīng)濟(jì)性為本。一般得場合，優(yōu)先選用單端面密封，因為單端面密封結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低。但在以下特殊得場合，就要嚴(yán)格按照要求選擇：
(1)對輸送易燃、易爆、易揮發(fā)得低溫介質(zhì)(液化石油氣等)、有毒或貴介質(zhì)得泵要求軸封可靠或采用無泄漏泵。應(yīng)優(yōu)先選用無泄漏泵，如屏蔽泵、磁力泵或帶有泄漏液收集和泄漏報警裝置得雙重機(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得介質(zhì)甲醇為易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒性危險介質(zhì)，應(yīng)該以安全性為優(yōu)先，兼具經(jīng)濟(jì)性考慮，而輸送得介質(zhì)甲醇為很潔凈得物質(zhì)，非常適合屏蔽泵對介質(zhì)得要求，這樣后期泵得故障率少，檢修維護(hù)成本會低很多，一備一用，整體設(shè)備投資也不是很高。
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