寧召寬，高天吉

(中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東 濟南 250101)

液環(huán)真空泵是潤滑油生產(chǎn)中酮苯脫蠟裝置的關(guān)鍵設(shè)備，為酮苯脫蠟工藝提供密閉和真空環(huán)境，隨著酮苯脫蠟技術(shù)的發(fā)展、原料多樣性的變化和產(chǎn)品質(zhì)量要求的嚴格化，為滿足當前的安全環(huán)保形勢，對液環(huán)真空泵的使用操作提出了更高的要求。液環(huán)真空泵一般采用單端面或雙端面的機械密封作為軸封。在長期連續(xù)運轉(zhuǎn)過程中，特別是工藝條件出現(xiàn)較大變動的情況下，軸封使用效果往往不佳，時常出現(xiàn)密封磨損嚴重、檢修頻繁、泄漏等狀況，加重了生產(chǎn)安全隱患，影響了正常生產(chǎn)。

隨著更可靠密封技術(shù)的不斷提出和發(fā)展，干氣密封技術(shù)已經(jīng)逐漸被部分煉化企業(yè)應用到關(guān)鍵設(shè)備的密封方式中。干氣密封是一種非接觸式的機械密封，結(jié)構(gòu)與普通機械密封相似，不同點是在密封端面上加工出微米量級淺槽，通過氣體作用在密封端面形成氣膜，達到端面的非接觸狀態(tài)【1】。干氣密封通過“以氣封氣”或“以氣封液”的方式實現(xiàn)工藝介質(zhì)的零泄漏和零污染，具有運行穩(wěn)定可靠、維護成本低、使用壽命長等優(yōu)點，因此將液環(huán)真空泵的傳統(tǒng)機械密封改造為干氣密封，可以克服傳統(tǒng)機械密封的不足，保證設(shè)備安全平穩(wěn)運行。

1 干氣密封基本結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 干氣密封基本結(jié)構(gòu)

干氣密封基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。與機械密封結(jié)構(gòu)相似，主要由彈簧、密封圈、靜環(huán)以及動環(huán)組成【2】。靜環(huán)和彈簧被安裝在靜環(huán)座內(nèi)，依靠密封圈進行二次密封。干氣密封環(huán)既可以是動環(huán)，也可以是靜環(huán)，密封環(huán)面通過加工淺槽，通入氣體，形成干氣密封。

圖1 干氣密封基本結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

干氣密封環(huán)的密封面如圖2所示。泵軸旋轉(zhuǎn)帶動靜環(huán)、動環(huán)進行相對旋轉(zhuǎn)運動時，密封面動壓槽內(nèi)會吸入密封氣體，通過密封堰的節(jié)流作用，密封面內(nèi)的氣體會被壓縮，使得氣體壓力升高，密封面在氣體壓力作用下被推開，達到非接觸狀態(tài)。此時密封面內(nèi)氣體壓力與工作介質(zhì)作用力、彈簧力形成的閉合力達到平衡，因此，密封氣體在兩個密封面間形成一層穩(wěn)定的薄氣膜。通過理論研究與實踐證明，此氣膜厚度一般在3 μm左右，變化微小，具有良好的氣膜剛度，能夠保證干氣密封運轉(zhuǎn)可靠穩(wěn)定【3】。

圖2 密封面形式

2 原密封存在的問題

液環(huán)真空泵是單級液環(huán)設(shè)備，以脫蠟油為工作液，輸送介質(zhì)為氮氣，泵軸的兩端(驅(qū)動端和非驅(qū)動端)均采用單端面機械密封。通過對發(fā)生泄漏部位的觀察和機械密封拆裝分析，主要的泄漏點為：動、靜環(huán)摩擦損壞。

密封失效如圖3和圖4所示。

圖3 密封失效滲漏

圖4 密封失效拆卸后

3 改造方案

3.1 密封結(jié)構(gòu)

采用雙端面干氣密封進行改造，氣源為氮氣。由于液環(huán)真空泵本身的輸送介質(zhì)為氮氣，因此允許干氣密封氣源氮氣在發(fā)生輕微泄漏情況下進入液環(huán)真空泵。干氣密封本體采用集裝式結(jié)構(gòu)，可看作由兩套單端面密封背靠背布置，為節(jié)省軸向空間，內(nèi)側(cè)密封與外側(cè)密封共用一個動環(huán)兼彈簧座；靜環(huán)采用進口碳石墨，與彈簧相連作為軸向補償環(huán)；動環(huán)為硬質(zhì)合金，螺旋槽刻于動環(huán)上。整套干氣密封的旋轉(zhuǎn)組件與靜止組件集成一體，保證現(xiàn)場安裝方便，定位準確。氣源氮氣在動靜環(huán)側(cè)密封之間通入，一旦密封發(fā)生泄漏，泄漏介質(zhì)會被氮氣趕至液環(huán)真空泵中，這樣可保證輸送介質(zhì)和工作液環(huán)的零泄漏和零逸出。

雙端面干氣密封簡易結(jié)構(gòu)如圖5所示。干氣密封始終將氣源氮氣壓力控制在比液環(huán)真空泵泵腔壓力稍高的水平。由于氮氣泄漏的方向總是朝著壓力低的泵腔和大氣側(cè)，固而可保證泵腔內(nèi)氣體不會向大氣側(cè)泄漏，安全無污染。

圖5 雙端面干氣密封

3.2 密封輔助控制系統(tǒng)

雙端面干氣密封輔助控制系統(tǒng)如圖6所示。密封氣源由氮氣主線分支引出管道，可保證氣源的連續(xù)供應穩(wěn)定性。來自管網(wǎng)的氮氣分兩路經(jīng)過減壓閥后合并，再分別經(jīng)過流量計和過濾器分兩路去往驅(qū)動端和非驅(qū)動端干氣密封，其中每路配備壓力表顯示壓力。

1—氮氣管線；2—減壓閥1；3—減壓閥2；4—流量計2；5—過濾器2；6—驅(qū)動端密封；7—壓力表2；8—壓力表1；9—非驅(qū)動端密封；10—過濾器1；11—流量計1圖6 輔助控制系統(tǒng)

輔助控制系統(tǒng)能夠提供較潔凈穩(wěn)定的氣源，通過流量計監(jiān)控密封運行狀態(tài)，同時，通過壓力表監(jiān)控壓力密封情況， 大大提高了密封的可靠性和安全性。本輔助控制系統(tǒng)尚有以下待改進之處：將過濾器改動至減壓閥前，使用時僅投用一路，當投用的一路出現(xiàn)問題時可及時切換至備用的一路，對切出的過濾器或減壓閥進行清理；由于所需氮氣壓力不高，可增加小型氮氣瓶，在管網(wǎng)氮氣出現(xiàn)緊急情況時，使用氮氣瓶維持供氣一段時間。改進后的輔助控制系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 輔助控制系統(tǒng)改進示意

4 注意事項

改造后，密封一次運行成功，經(jīng)過長時間運行檢驗，沒有出現(xiàn)密封損壞、介質(zhì)泄漏、氮氣波動等問題。使用過程中應注意以下問題：

1) 首次使用或更換干氣密封后，應將氮氣管道吹掃干凈，保持氮氣的潔凈。

2) 按照操作規(guī)程投、停用干氣密封。

3) 干氣密封壓力稍高于真空泵泵腔壓力。

4) 注意觀察密封氮氣流量是否穩(wěn)定性。流量穩(wěn)定說明密封運行情況良好，若氮氣流量逐漸增大或波動頻繁，說明干氣密封出現(xiàn)問題，應及時排查原因。

5 結(jié)語

改造后液環(huán)真空泵的干氣密封運行穩(wěn)定，動、靜環(huán)非接觸運行，無損耗，無介質(zhì)泄漏，與原來的機械密封相比，檢修次數(shù)大大減少，延長了密封使用壽命，且維護簡單，可防止污染環(huán)境。干氣密封在液環(huán)真空泵裝置的成功應用，極大地提高了酮苯脫蠟裝置核心設(shè)備的安全性和可靠性，為進一步完善干氣密封輔助系統(tǒng)提供了實際依據(jù)，為不斷改造酮苯脫蠟裝置其他重要設(shè)備的機械密封提供了可行性方案。