维普资讯 http://www.cqvip.com 口回 强盈面圈 干气密封在液态烃泵上的应用 工业技术 张亚明 ｌｏｇｉｅｓ ｕｃｔ （大庆油田天然气分公司油气储运一大队光明轻烃储库，黑龙江大庆１６３０００） 摘要：在现代石油化工工业中，常用离心泵来输送各种饱和液化石油气体，如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丙烷、液氨等。这些液化气绝大多数 属于易燃、易爆的危险介质，一旦大量泄漏到环境中，将带来极大的安全隐患，对生产装置的安全造成严重的威胁。因此，这类液态烃泵轴封 的可靠性和密封性在很大程度上决定了泵是否能可靠、稳定、安全地运行。 关键词：干式密封 长期以来，在炼油行业中，丙烷泵的轴封问 题一直是难以解决的课题。目前，该类离心泵一 般采用单端面机械密封。在使用过程中，机械密 封经常出现磨损严重、寿命短、突然的喷漏等状 况，使用效果很不理想。由于密封频繁的产生故 丙烷在２５℃时的饱和蒸汽压约１．２ＭＰａ，在４０￣Ｃ 时约为１．５ＭＰａ，可见丙烷介质的饱和蒸汽压对 温度特别敏感。当机械密封磨损产生热量时，会 增加密封端面的温度，造成部分液膜气化，而端 面液膜汽化反过来会影响密封端面的润滑性 币７６ 平衡直径ＤＢ＝￣７８载荷系数Ｋ＝ ０．８０弹簧比压ＰＳ＝Ｏ．２５ＭＰａ 端面比压Ｐｂ＝ Ｏ．５ｌＭＰａ 干气密封结构参数： 理论研究表明，螺旋槽产生的流体动压效 障，对装置的连续、稳定运行造成了较大的影 响，甚至出现装置着火的安全事故。可以说，包 括丙烷泵密封在内的各类轻烃机械密封几乎是 各石化行业普遍存在的老、大、难问题。因此，解 决此类机械密封的问题成为现场设备管理人员 及密封工作者所面临的一个课题。 １影响干气密封性能的主要参数 影响干气密封性能的参数分为结构参数和 操作参数。端面结构参数对密封的稳定性影响 较大，操作参数对密封的泄漏量影响较大。 １．１密封端面结构参数对气膜刚度的影响 动压槽形状的影响。理论研究表明，对数 螺旋槽产生的流体动压效应最强，气膜刚度最 大。稳定性最好。因此，绝大多数干气密封都以 对数螺旋槽作为密封动压槽。 动压槽深度的影响。理论研究表明，流体动 压槽深度与气膜厚度为同一量级时密封的气膜 刚度最大。所以，实际应用中，干气密封的动压 槽深度一般在３一ｌＯ微米。 动压槽数量、宽度及长度的影影响。干气密 封动压槽数量越多，动压效应最强，但当动压槽 达到一定数量后。再增加槽数时，对干气密封性 能影响已经很小。此外，动压槽的宽度、长度对 密封性能都有一定的影响。 １．２操作参数对密封泄漏量的影响 密封直径、转速对泄漏量的影响。密封直径 越大，转速越高，密封环线速度越大，干气密封 的泄漏量越大。 介质压力对泄漏量的影响。在密封工作问 隙一定的情况下。密封气压力越高，气体泄漏量 越大。 介质温度、粘度对泄漏量的影响。介质温度 对密封泄漏量的影响是通过温度对介质粘度影 响而形成的。介质粘度增加，动压效应增强，气 膜厚度增加，但同时流经密封端面间隙的阻力 增加。因此，其对密封泄漏量的影响不大。 ２丙烷泵工艺参数及其密封的特点 Ｂ一５１２丙烷泵是，该泵轴封采用的是单端面 机械密封。长期来，丙烷泵密封一直存在不同程 度的泄漏，密封使用寿命短，检修频率高，给生 产带来一定的影响，同时，由于丙烷泄漏给生产 装置的安全运行带来极大危害。泵的工艺条件 如下：介质 丙烯、丙烷、丁烷等 旋向：逆时针（从电机方向看） 密封轴径：￣６５ｍｍ、正常转速：２９５０ｄｍｉｎ、 介质温度：２５～４Ｏ℃、吸人压力：ｌ＿３—１．６ ＭＰａ 吸入温度：２５℃、出口压力：４．２～５．０ ＭＰａ 出 口温度：４Ｏ℃。 一１０９一 中国新技术新产品 能，是密封面温度更高，如此形成恶性循环，最 应最强，产生的气膜刚度最大。为此，我们采用 后造成密封端面无法形成液膜，密封端面处于 螺旋槽干气密封结构。利用有限元计算程序，对 干摩擦状态，最后密封端面因烧毁而失效。这也 干气密封端面螺旋槽结构参数进行优化：优化 就是丙烷泵机械密封特别容易出现剧烈磨损的 时，以干气密封具有最佳的气膜刚度为优化目 原因。 ‘ 标，同时将干气密封的最大刚漏比作为优化的 ３丙烷泵用串联式干气密封的特点： 参考目标。干气密封最大冈Ⅱ漏比的物理意义是 根据丙烷的特点，结合现场实际情况，我们 在密封具有较大气膜刚度的情况下气体泄漏量 决定采用机械密封与干气密封组合的串联式结 较小。 构，来解决丙烷泵的密封问题。该串联式干气密 优化时干气密封输入参数如下： 封具有以下特点： 介质平均粘度：＆＃６１５４９；＝１．４２ Ｘ１０—５ 干气密封与接触式机械密封串联使用，第 Ｐａ＆＃８２２６；Ｓ 一级机械密封为主密封，密封介质为丙烷；第二 密封转速：Ｎ＝２９５０转份 级干气密封为辅助密封，密封介质主要为氮气 工作气膜厚度：Ｈｏ＝３微米工作压力：Ｐ＿Ｏ．７ 及少量从机械密封泄漏出已汽化的丙烷气体； ＭＰｈ 干气密封与主密封问通人氮气，压力一般为 螺旋槽密封面结构的优化 ０．６—０．８ＭＰａ，这样可以大大提高了主密封的背 （１）螺旋角的影响 压，减小了丙烷在端面间由于摩擦热而汽化的 当螺旋角为１６＆＃６１６１６；左右时，密封的气 程度，避免机械密封出现剧烈磨损现象，从而极 膜刚度、刚漏比和承载能力达到最大值。 大地延长主密封的使用寿命，提高主密封的性 （２）槽深的影响 能；主密封泄漏的丙烷介质进入一、二级密封之 当螺旋槽的槽深为设计气膜厚度的３．５倍 间的密封腔，密封腔压力为０．６～０．８ＭＰａ，在此压 时，干气密封的气膜刚度、刚漏比以及承载能力 力下，丙烷已经为气相。（在单端面机械密封结 最大。 构中，该泄漏气体直接向环境泄漏，造成很大的 （３）螺旋槽槽长的影响 危害；在串联式机械密封结构中，该泄漏气体与 当槽长与坝长之比小于１．５时，干气密封的 缓冲液混合，形成气、液混相，造成第二级机械 刚度、刚漏比、气膜承载能力变化较大。 密封很快损坏，丙烷气进一步向环境泄漏。）该 （４）螺旋槽槽宽的影响 气相丙烷随氮气一起排向火炬（或废气回收系 槽宽坝宽比在０．４一１．２范围内，密封的性能 统），从而保证工艺介质几乎不向大气泄漏，是 变化不是很大。 一种环保型、安全型密封结构；当主密封失效 （５）螺旋槽槽数的影响 ‘ 后，干气密封在短时问内起到主密封作用，防止 随着螺旋槽槽数的增加，干气密封的气膜 工艺介质突然向大气大量泄漏；由于于气密封 刚度、刚漏比、气膜承载能力均有所提高。考虑 的保护作用，即使因工艺波动出现抽空现象，组 加工工艺上的原因，干气密封螺旋槽数量选择 合密封也不易受损。 在１Ｏ一３Ｏ为宜。 ４五、丙烷泵用串联式干气密封设计和应 ４＿３ Ｂ一５ １２丙烷泵干气密封系统流程说明： 用 外部氮气管网氮气进入控制系统，经过滤器，减 在不改变原泵体结构的基础上，设计出了 压阀后，为干气密封提供稳定、干燥、清洁的密 适合该泵应用的串联式干气密封。该密封设计 封气；当主密封泄漏过大或氮气压力过低，单向 参数如下： 阀起到防止工艺介质反串人氮气管网的作用； ４．１主密封机械密封结构参数： 进入密封腔的氮气与主密封泄漏的微量工艺介 密封面外径ＤＯ＝＠８５．５密封面内径Ｄｉ＝ 质通过节流孔板排向火炬；当主密封机械密封 中７６ 泄漏过大时，由于限流孔板的作用，密封腔压力 平衡直径ＤＢ＝￣７８ 载荷系数 Ｋ＝ 上升，泄漏管线上的压力表指示上升（或压力开 Ｏ．８Ｏ 关发出报警信号），表明密封失效。 弹簧比压 Ｐｓ＝Ｏ．２５ＭＰａ 端面比压 ５干气密封实验室台架试验 Ｐｂ＝０．５１ＭＰａ 在完成了Ｂ一５１２丙烷泵干气密封的设计制 ４－２结构设计 造后，我们进行了干气密封的性能模拟试验。 主密封机械密封结构参数： 参考ＡＰＩ６１７离心压缩机干气密封的试验规程， 密封面外径ＤＯ＝中８５．５ 密封面内径Ｄｉ＝ 并按此规程对Ｂ一５ １２丙烷泵干气密封进行性能 维普资讯 http://www.cqvip.com 工业技术 ＣｈｉｎａＮｅｗＴｅｅｃｈｎｏｌｏ ｇｉｅｓ ｎａｄ Ｐｒｏｄ ｕｃｔｓ圃－●一曾ｌ盈匿盈盈蟊 ｌＥ：Ｉ ｌ ｌ－出 柔性索道在２８７２Ｗ风道运输过程中的应用 张福学 （开滦煤业公司钱家营矿业分公司，河北唐山０６３３０１） 摘要：本文针对井下掘进巷道运料困难，尤其是比较长的巷道，单凭人力运输，势必会增加人力的劳动强度，同时会降低工作效率，安全可控 度不高。针对这些实际情况，特引进柔性索道这一特殊运输工具。经过在我矿２８７２Ｗ风道掘进过程中的应用，效果较好，劳动效率提高了，劳 动强度降低了，安全有了保障。建议在其他巷道也可以使用此运输工具。 关键词：柔性索道；运输；应用 固定设施的完好状况，检查钢丝绳是否人吊钩， 棚子，共用运料工累计３８０工，其中运输距离为 开滦钱家营矿业分公司是１９８８年投产的 吊钩、卡缆固定情况如钢丝绳吊在钩外，要安好 ０一一８１０米。 大型现代化矿井，设计年生产能力４００万吨， 后方能使用。作业人员要熟悉巷道环境，推运速 由以上数据看出，使用此运输装置，消耗人 １９９９年达到设计生产能力，２００４年达到５５０万 度不大于正常行走速度。所运物料离地高度不 力降低了，人力运输时，运输距离为０—３８０米 吨以上。该公司采煤方式为走向长壁式综合机 小于０．５ｍ。 时，运输每架棚平均用工０．９５工；而用此装置运 械化采煤，煤巷掘进实现了１００％机械化。该公 ｂ、在装卸运输物料如需两人操作时，操作 输时，运输距离为０—８１０米时，运输每架棚平 司近年来尝试了四个长走向掘进工作面，已初 人员应互Ｈｑ互应，配合好，物料要用专用吊料勾 均用工０．５３工。如果运输距离在０—３８０米时使 步成功，提高了采煤效率。但有一个问题，就是 或３分以上绳爪捆绑牢固，运输中作业人员要 用此装置，估算运输每架棚平均用工为０．４工。 巷道越长，掘进所使用的物料运输就越困难。尤 勤检查捆绑情况，发现松动及时停止运输处理 这样，在同等条件下，使用此装置与人力运输， 好。 效率将提高５７．８９％。 一其是象２８７２Ｗ工作面设计支护断面为１２．Ｏｍ２， 支护材料增大了，重量也加大了，运输中困难尤 ｃ、运输过程中人员要在物料后面推运，操作 使用此装置前，人力运输，运输承载物的重 为突出。为解决这一难题，我矿特引进此柔性索 人员要推稳抓牢确保所运物料不动、摇摆，以免 量全部由人承担；而使用此装置后，人承担的重 道，经过实践证明，使用效果较好，值得借鉴。现 碰触运行中的皮带或其他备件。 量为承载物与钢丝绳的磨擦力。而磨擦力比承 ｄ、运输过程中遇到行人要停止推运，待行 载物本身的重量要小的多。所以使用此运输装 将使用过程中的一些问题及经验总结如下，望 各位同仁批评指正，同时也希望能对你的工作 人过后方可继续运输。 置后，工人的劳动强度要明显降低。 有所帮助。 ｅ、两辆滑车在运输巷往相同方向运行中，应 从安全程度上看。使用此运输装置比人力 １应用背景 保持不小于２５ｍ的距离，吊运的物料保持与侧 运输的安全可控性要好的多。由于人力运输，尤 ２８７２Ｗ风道设计长度１８２０米，设计支护材 面皮带机的纵梁杆不小于３００ｍｍ的距离。 其是后半班。人的体力比较疲乏，精神容易不集 料为ＧＵ２５—１２．０ｍ２可塑性支架，棚距６００ｒａｍ。 ｆ、为保证索道安全，索道沿途运输不得超过 中，易出现磕手碰脚的事故。而使用此装置，人 由此可知。此风道全长共需１２．０ｍ ｍ２支架３０００ ４辆滑车。 的体力消耗的较小，安全可控度较高。 架。每架支架分三部分，即两个棚腿，一个棚梁。 运送棚粱、棚腿或溜槽等铁件时，运送人 通过以上对比分析，此柔性索道非常适合 ｌ２．０ ｍ２与１０．４ ｍ２的棚子参数对比如下表。 员要用绳子栓好滑车，以便控制好物件在下坡 在井下巷道使用。这套装置的投入使用，可以大 时的速度，不至脱手， 大提高工人的劳动效率，降低工人的劳动强度， 支架类型 梁弧长Ｏ呻） 梁高（ｍ） 梁重 腿弧长（ＩＴ－Ｔ１） 腿重（ｋｇ） 备注 严禁下坡段放飞车。 同时作业过程中的安全可控度大大提高。因此， （ｋｇ） ２．４柔性索道及运 此套柔性索道在井下巷道运输过程中有很大的 １０． ３５４１ ７５０ ８８．５５ ２７９２ ６９．７５ 输滑轮的维护和保养 推广使用价值。 １２． ４３２８ １１００ １ｏＢ．２ ２７５０ ６８．７５ 对比 ７８７ ３５０ １９．６５ －４２ —１ 为使柔性索道及 作者简介：张福学，男，ｌ９７５年３月生人。 滑车的正常运行，充分 ２００１年７月毕业于黑龙江科技学院采矿专业。 通过以上对比不难发现，１２．０ ｍ２的支架不 发挥其效能，维护人员必须每天对设备进行详 现任开滦煤业公司钱家营矿业分公司掘进二区 论从体积上还是从重量上，均比１０Ａ ｍ２的支架 细的检查： 区长职务，采矿工程师。 在运输上困难加大。所以在生产过程中，必须考 ａ、钢丝绳的松紧度； 虑解决运输ｌ２．０ ｍ２支架中题存在的问题。 ｂ、中间段各个拖绳吊钩是否脱离钢丝绳； ２柔性索道的原理 ｃ、中间段各个吊钩是否有变形或螺丝松动 ２．１柔性索道的构件及使用方法 等现象； 柔性索道即采用５分钢丝绳固定于巷道棚 ｄ、钢丝绳索每半月涂一次黄油，润滑钢丝 梁上，并用５Ｔ手拉葫芦绷紧。在适当位置和特 绳及滑轮： 殊地段，安装托、压绳装置，以固定钢丝绳。将滑 ｅ、检查小滑车滑轮转动是否灵活，轴承是否 车悬挂在钢丝绳上。利用吊具将物料平衡稳固 损坏，紧固小滑车的各部螺丝。 地悬挂在滑车上，人员手扶物料推动滑车向前 ３柔性索道在我公司２８７２Ｗ风道的应用 移动。 ２８７２Ｗ风道自从２００８年４月初开始掘进， ２．２适用范围 此装置从５月初开始投入使用。通过４月份与５ 适用井下平巷，有坡度时不能超过￣１０。。每 月份两个月的对比，可见此装置在井下巷道使 辆滑车所载重物不超过１８０口，同时使用滑车数 用的优越性。对比情况如下： 量不能超过３辆。 ４月份此巷道全月进尺３８０米即６３３架，共 ２．３柔性索道在使用中注意的事项 用运料工累计６０２工，其中运输距离为０－－３８０ ａ、开工前专人检查绳索、绳索吊钩及两端的 米。而５月份此巷道全月进尺４３０米即７１６架 前言 试验。试验结果表明，干气密封具备高度的稳定 性、可靠性，漏量也非常稳定，与设计值非常吻 合。 结论 在理论上，采用有限元法对干气密封工作 原理，端面槽型结构参数优化设计进行了研究， 保证干气密封具有良好的密封性和稳定性。试 串联式干气密封，可以彻底解决原机械密封带 验表明，设计出的干气密封完全能够实现密封 来的许多问题，为泵及装置长周期、安全、稳定 的非接触运行，密封性能稳定可靠。工业运行表 的运行提供有力的保障。 明，设计制造出的Ｂ一５ ｌ２丙烷泵串联式干气密 封性能稳定可靠，大大提高了该丙烯泵的运转 性能。经过大量的实践证明，在液态烃泵上采用 中国新技术新产品 一１ １０—
