1液態(tài)烴泵機(jī)械密封的特性分析

　　1.1汽，液兩相密封（閥門密封性）特性

　　機(jī)械密封對介質(zhì)的密封作用主要是通過密封面間隙h間形成的密封膜對介質(zhì)的阻擋作用來實(shí)現(xiàn)的，密封腔外側(cè)和內(nèi)側(cè)通常分別為密封的介質(zhì)和大氣，對一般不可壓縮流體而言，密封膜為全液相；對壓縮氣體來說，密封膜為全氣相。

　　由于液態(tài)烴介質(zhì)在密封工作溫度下的飽和蒸汽壓Pi低于密封腔外側(cè)介質(zhì)工作壓力P2，而高于內(nèi)側(cè)大氣壓力P1，因此，在密封靜環(huán)中必存在一點(diǎn)，其半徑為ri，此點(diǎn)處的膜壓應(yīng)等于Pi.液態(tài)烴介質(zhì)有以下物理性質(zhì)：在高于飽和蒸汽壓時(shí)，介質(zhì)液化，機(jī)械密封結(jié)構(gòu)密封膜呈液態(tài)；而低于飽和蒸汽壓時(shí)，介質(zhì)發(fā)生汽化，密封膜呈氣相。這就說明液態(tài)烴泵機(jī)械密封面上存在著氣，液兩相狀態(tài)，其中r2~ri段為液相，為液體膜密封；r1~ri段為汽相，屬氣體膜密封。因此，液態(tài)烴泵機(jī)械密封可以看成是由同一密封面上的液體密封和氣體密封的串聯(lián)組合。

　　1.2汽，液兩相膜壓，膜壓系數(shù)及端面比壓的計(jì)算

　　1.2.1膜壓的計(jì)算

　　（1）不可壓縮流體

　�。�2）可壓縮氣體

　　（3）液態(tài)烴介質(zhì)

　　1.2.2汽液兩相膜壓系數(shù)及端面比壓的計(jì)算

　　1.2.3密封膜壓分布及密封膜的特性分析

　　無論介質(zhì)是不可壓縮流體還是氣體，其膜壓曲線均具有連續(xù)性，且具有對數(shù)曲線分布形態(tài)，不可壓縮液體或氣體膜壓分布曲線。

從液態(tài)烴介質(zhì)的物理性質(zhì)和工作條件下密封膜汽，液態(tài)共存現(xiàn)象分析，我們可以得出液態(tài)烴泵機(jī)械密封膜壓分布有以下一些特殊的性質(zhì)：

　　1）密封膜相態(tài)的多重性和易變性

　　從理論上分析，整個(gè)密封面上密封膜的形態(tài)存在著兩相狀態(tài)-液相和汽相，但考慮運(yùn)行過程中工況變化的動態(tài)性質(zhì)，實(shí)際上密封膜相變點(diǎn)附近存在一個(gè)瞬時(shí)相態(tài)轉(zhuǎn)換的沸騰區(qū)（通常沸騰區(qū)的區(qū)域較小，只有操作條件劇變時(shí)區(qū)域變化才有明顯表現(xiàn)），此沸騰區(qū)又稱為混相區(qū)，區(qū)間內(nèi)汽液兩相共存。共存的汽液兩相有似液相態(tài)和似氣相狀態(tài)之分，混相區(qū)中靠液相區(qū)部分為似液相，靠近汽相區(qū)部分為似汽相。因此可以說泵工作時(shí)液態(tài)烴介質(zhì)的密封膜形態(tài)多樣，具有多重性。

　　液態(tài)烴介質(zhì)的相態(tài)在工作條件下受溫度，壓力，流量，組分，雜質(zhì)，振動，安裝技術(shù)等因素的影響比較敏感。這一特性表明，密封工作過程中，影響因素的小小變化，都有可能導(dǎo)致密封膜存在的汽液兩相狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，特別是膜中不穩(wěn)定的混相區(qū)，很容易失穩(wěn)或擴(kuò)展，使密封膜的穩(wěn)定性降低。

　　2）密封膜的不良自潤滑性

　　液態(tài)烴介質(zhì)本身密度小，易氣化，自潤滑性差，它不同于柴油，潤滑油等介質(zhì)有良好自潤滑性質(zhì)，加上由于其膜的多形態(tài)和不穩(wěn)定性，這更容易使密封面工作過程中產(chǎn)生殘余變形，熱變形，扭曲變形等，破壞密封膜原處于的微觀潤滑狀態(tài)，降低密封膜工作效能。

　　3液態(tài)烴泵機(jī)械密封易泄漏的原因

　　3.1工藝操作參數(shù)的影響

　　1）溫度參數(shù)的影響

　　一般介質(zhì)在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)波動不會發(fā)生密封膜相態(tài)的改變，因此，機(jī)械密封的穩(wěn)定運(yùn)行自然不會受到過多的影響；而液態(tài)烴介質(zhì)不一樣，小小的溫度波動，其飽和蒸汽壓即明顯改變，溫升后液態(tài)烴飽和蒸汽壓由Pi變?yōu)镻i，密封膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1BC，液膜密封段由rir2縮短為rir2，密封膜的相態(tài)在riri段發(fā)生了改變，密封面半徑向上液膜寬度縮小，而汽膜寬度增加，這使密封膜不穩(wěn)定性增加。一旦溫升過量，將導(dǎo)致密封液膜段縮小甚至消失成為汽膜，由于汽膜的膜厚較小，而介質(zhì)相對于密封面粗糙度來說并不清潔，這必然導(dǎo)致密封面的磨損損傷失效。

　　2）壓力參數(shù)影響

　　在運(yùn)行過程中，因操作參數(shù)的調(diào)節(jié)引起泵工作壓力的變化是常見的。工作壓力的波動，容易引起密封面上介質(zhì)汽液相狀態(tài)的改變，有可能會使密封工作穩(wěn)定性受到影響。

如工作壓力提高，端面比壓相應(yīng)增加，此時(shí)普通介質(zhì)因密封液膜有良好的潤滑性，通常能保持密封工作的穩(wěn)定性，不會造成端面比壓提高后，因摩擦熱的增加而引起密封膜狀態(tài)的改變，密封面磨損加重等問題，而對液態(tài)烴介質(zhì)來說卻正有此現(xiàn)象出現(xiàn)的傾向。工作壓力由P2降為P2后，因密封膜壓力的重新分布，膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1AC，密封面上介質(zhì)有部分出現(xiàn)了相態(tài)轉(zhuǎn)變，使密封徑向汽相段由原來r1ri變?yōu)閞1ri，液相段由rir2縮短為rir2，這顯然增加了密封的不穩(wěn)定性。而當(dāng)液相段出現(xiàn)消失，結(jié)果同樣有因溫度參數(shù)影響造成的密封處于汽膜時(shí)遭受損傷的問題。

　　3）流量參數(shù)影響

　　因生產(chǎn)需要，往往需要對泵進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。從泵的特性曲線和管路特性曲線可知，泵流量增加時(shí)，工作壓力降低，流量減小時(shí)，工作壓力增加。因此，流量參數(shù)對密封的影響，與壓力參數(shù)結(jié)果的影響類似。值得一提的是，泵在小流量下長時(shí)間運(yùn)行會引發(fā)泵的抽空，而抽空將不僅導(dǎo)致設(shè)備的機(jī)械振動，同時(shí)也使密封工作壓力起伏交變，交變負(fù)荷不僅導(dǎo)致密封比壓的脈動，造成密封面疲勞點(diǎn)蝕損傷而出現(xiàn)泄漏，同時(shí)還將引起密封膜相態(tài)變化而造成介質(zhì)的閃蒸。

　　3.2介質(zhì)自身的組分因素及雜質(zhì)因素影響

　　1）組分因素

　　操作波動或物料改變在生產(chǎn)上總會發(fā)生，這種場合下有可能引起泵內(nèi)工作介質(zhì)組分的變化。對普通介質(zhì)泵來說，即使組分變化，但其總體組分的飽和蒸汽壓受影響可能并不大，而烴類介質(zhì)卻不同，組分變化后整體組分的飽和蒸汽壓會較明顯地隨著改變。如輕組分的增加，會誘發(fā)泵內(nèi)物料的汽化，引起泵抽空；同時(shí)整體組分的飽和蒸汽壓的相應(yīng)提高，也將引起密封膜壓重新分布，在嚴(yán)重時(shí)使密封液膜轉(zhuǎn)化成為汽膜，而終使密封磨損。

　　2）雜質(zhì)因素

　　液態(tài)烴介質(zhì)中通常含有水，堿液，硫化物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對一般油品介質(zhì)來說，密封受影響的敏感性往往比液態(tài)烴介質(zhì)低。當(dāng)烴類介質(zhì)中夾帶上這些雜質(zhì)后，就容易使泵在動態(tài)運(yùn)行中因液態(tài)烴密封膜相態(tài)變化引起閃蒸時(shí)吸熱，從而在密封面上形成水-烴固體混合物或結(jié)晶堿微粒，造成密封面在運(yùn)行中擦傷損壞而出現(xiàn)泄漏，這種因素造成的液態(tài)烴泵泄漏在裝置中是常見的。而介質(zhì)中的腐蝕產(chǎn)物，當(dāng)然會對密封造成腐蝕損傷。

　　3）工況條件的影響

　　普通介質(zhì)因密封膜有穩(wěn)定單相形態(tài)，膜壓系數(shù)和端面比壓Pc等技術(shù)參數(shù)能相對處于穩(wěn)定狀態(tài)。液態(tài)烴介質(zhì)因密封膜形態(tài)的多樣性和不穩(wěn)定性，從其密封膜壓系數(shù)和端面密封比壓分布以及文中有關(guān)論述可以看出，烴類泵的膜壓系數(shù)和端面比壓將更容易隨操作參數(shù)，介質(zhì)自身因素，機(jī)械因素的變化而變化�？梢哉J(rèn)為在烴類泵上這些技術(shù)參數(shù)是一個(gè)動態(tài)變化值，而造成的結(jié)果是端面比壓的脈動。端面比壓的波動，不僅對密封件造成疲勞問題，而且也對密封膜相態(tài)帶來不穩(wěn)定，終對密封造成不良影響。

　　4對運(yùn)行操作，維護(hù)和檢修工作的要求

　　綜上所述，加之檢修時(shí)對泄漏機(jī)封的檢查，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)端面存在大量裂紋且磨損嚴(yán)重，可以肯定2007年9月29日機(jī)封的泄漏與工作壓力變化有關(guān)，加上液態(tài)烴夾帶含硫污水的關(guān)系。10月8日機(jī)封的再次泄漏完全是液態(tài)烴嚴(yán)重挾帶污水所致。而這些都可以從相應(yīng)時(shí)間的操作上找到證據(jù)。因此，必須按照如下要求進(jìn)行工作。

　�。�1）操作上要穩(wěn)定溫度，壓力，流量等參數(shù)，加強(qiáng)對工藝介質(zhì)的質(zhì)量控制，保持介質(zhì)的清潔度和組分的穩(wěn)定性，操作上要減少人為影響，避免參數(shù)調(diào)節(jié)大起大落。

　�。�2）維護(hù)上要加強(qiáng)液態(tài)烴灌的脫水，脫堿工作，謹(jǐn)防液態(tài)烴帶水到泵體內(nèi)。保持泵密封沖洗冷卻設(shè)施完好，加強(qiáng)巡檢監(jiān)測，及時(shí)消除振動。

　　（3）檢修上要分門別類，結(jié)合各泵特點(diǎn)，調(diào)整密封技術(shù)參數(shù)，合理改進(jìn)結(jié)構(gòu)，調(diào)整合理的密封比壓，選擇合理密封形式等。

　�。�4）要加強(qiáng)對操作維護(hù)及檢修人員的技術(shù)培訓(xùn)�，F(xiàn)場很多泵泄漏不是密封產(chǎn)品質(zhì)量問題，而是與操作人員技術(shù)能力有關(guān)，與檢修人員不清楚生產(chǎn)工況因素對泵的特殊性要求有關(guān)。