合理的機封選型防止環境污染

摘要：通過對常用的機械密封沖洗系統結構和應用場合的分析，選用合適的密封及沖洗系統，提高危險介質機泵運行的可靠性，避免介質泄露對環境造成危害。合理選擇機械密封及其沖洗系統可以保證機泵長周期、穩定、連續的運行，反之會造成密封泄露，不僅影響環境，還會造成火災、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泵是石油化工行業常見的危險介質機泵，這類機泵密封和沖洗系統的選型應引起高度重視。

關鍵詞：機械密封；雙密封；高危介質；環境保護

中圖分類號：X3 文獻標識碼：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內的主要設備，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介質向外界泄露。由于早期機泵的密封選型標準低、易泄露，存在嚴重的安全和環境污染隱患。國內石油化工企業因機泵密封泄露而引發的事故層出不窮，火災、爆炸、中毒、環境污染等事故嚴重威脅著裝置的安全生產與正常運行。[1]

1 危險介質泵的分類及其危害

石油化工企業最常接觸到的危險介質泵有以下三類：

（1）高溫熱油泵

輸送介質最高運行溫度大于或等于其自燃點或介質溫度大于200℃。

例如：蒸餾裝置的側線泵、減底泵、常底泵和初底泵。

（2）輕烴泵

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

例如：蒸餾裝置的初頂油泵、常頂回流泵。

（3）有毒有害介質泵

在其生產、使用或處置的任何階段，都具有對人、其他生物或環境帶來潛在危害特性的物質，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。一般輸送的介質中含有毒有害介質成分時，也劃分為有毒有害介質泵。

有毒有害介質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

密封是一種旋轉機械的軸封裝置，它阻止了泵內介質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，以實現密封的原理。這類密封的結構簡單、成本低、維護方便，但是存在密封效果差的缺點，不能用在危險介質機泵上的。[2]

機械密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力（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點，所以當今世界上機械密封是在有旋轉軸設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，這就相當于有雙重保護措施，即便是內側機封泄露，泄露的介質也只是存在兩個機封之間的密封腔內，外側機封能阻止介質向大氣泄露。對于雙端面機封根據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。這種機封一旦內側機封發生泄露，泵內介質不會外露，只是白油漏入泵內，這種機封使用前提是允許泵送介質混入少量的工業白油，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。這種機封一旦內側機封發生泄露，泵內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混入任何其他物質，如成品油泵等。

雙端面機封一般配置有輔助系統，輔助系統由白油罐、冷卻罐、泵送環和監測儀表等組成。

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沖入氮氣，靠氣體來密封介質，這種機封常用于輕烴泵，一旦內側機封泄露氣化的輕烴可以排入火炬管網。

4 機封及輔助系統的選型要點

4.1 機封及其布置方式的分類

常用的機封標準中密封共有三種型式：

A型密封：內置、平衡、集裝式推環機械密封。標準密封的彈性元件為多彈簧旋轉式，輔助密封元件為O型圈；

B型密封：內置、平衡、集裝式波紋管機械密封。標準密封的彈性元件為旋轉式，輔助密封元件為O型圈；

C型密封：內置、平衡、集裝式金屬波紋管機械密封。標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壓力的阻塞液體；

4.2 常用機封沖洗方案和輔助系統的介紹

常用的密封沖洗方案和輔助系統主要有：

PL11：這是清潔介質常用的沖洗方案，將介質從泵出口送至密封腔內，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。

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

PL32：用于泵送介質含雜質的工況，采用外接沖洗液進行沖洗和冷卻。

PL52：用于無壓雙密封系統（布置方案2），適用于清潔輕質介質。由雙密封及注入其中的緩沖液組成，在密封儲罐內裝有緩沖液體，密封儲罐出口與排氣系統相連，內側密封泄露的結果是介質進入緩沖液體中，在密封儲罐上設置液位及壓力報警開關，可有效監測內密封的泄露情況。

PL72：用于無壓雙密封系統，適用于清潔雜質的工況。由雙密封及緩沖氣組成。低壓氣體用來稀釋內部密封的微量泄露，系統設置流量開關和壓力開關用來監測氣源及泄露狀況。

PL76：常與PL72系統配合使用，用于將緩沖氣體排至密閉系統。該系統設置節流孔板和壓力開關用來監測主密封的泄露。

機封選型時應該根據工況條件選用合理的輔助系統。

5 危險介質泵機封的選型指導

以下是危險介質泵的選型指導方法。

（1）高溫熱油泵密封和輔助系統的選型設計原則如下：

高溫熱油泵的密封一般選擇面對背的無壓串聯密封（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。

高溫熱油泵的沖洗方案若介質清潔且潤滑性好則采用PL21。若泵送介質性質特殊不適宜沖洗機封則可采用PL32。

輔助系統采用PL52或PL53。儲液罐采用細長型，。儲液罐應能承受介質的溫度和壓力。該系統設置：液位指示、壓力指示、溫度指示，高低液位報警開關、高壓力報警開關；

高溫熱油泵的沖洗系統和輔助系統常用的備選方案有：PL21+52（53）、PL32+52（53）。

（2）輕烴泵密封和輔助系統的選型設計原則如下：

輕烴泵的密封一般選擇無壓串聯密封（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），彈性元件采用標準彈簧。磨擦副配對材料選用低摩擦熱、傳熱性好的材質。對于輸送高硫化氫含量介質的密封，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。輔助系統采用PL72+76。該系統設置：流量指示、壓力指示，低流量報警開關、高壓力報警開關、低壓力報警開關；

輕烴泵也可采用PL52輔助系統，其要求與高溫熱油泵的輔助系統相同。

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

（3）有毒有害介質泵密封和輔助系統的選型設計原則如下：

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

有毒有害介質泵的沖洗方案根據介質情況可選PL11、PL21等。輔助系統常采用PL52。儲液罐應能承受介質的溫度和壓力。該系統設置：液位指示、壓力指示、溫度指示，高低液位報警開關、高壓力報警開關；

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

6 結束語

機械密封在機泵用軸封中占據舉足輕重的地位。據日本對石油化工企業災害事故的統計，在化工裝置發生的786起事故中，約有332起是由泄露引起的。發生在印度博帕爾市美國聯合碳化物公司農藥廠的異氰酸鉀毒氣泄露造成了災難性的后果。[4]

所以，機封的選型應引起工程設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的前提，也是環境保護、節能降耗的保證。

參考文獻

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

[2]郝木明.機械密封技術及應用[M]. 北京中國石化出版社，2010.

[3]全國化工設備技術中心站機泵技術委員會.工業泵選用手冊[M]. 北京：化學工業出版社，1998.

[4]郝木明.機械密封技術及應用[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。