三種不同密封形式泵的安全性比較

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(yùn)轉(zhuǎn)可靠和維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的使用，占裝置泵總量的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(xiǎn)物料時(shí)單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵及屏蔽泵那個(gè)安全性更好，相對那種泵又比較經(jīng)濟(jì)。本文以甲醇裂解制氫裝置甲醇輸送泵為例，針對這3種類型的離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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：

甲醇的特性：甲醇是一種有機(jī)化合物，密度0.791 g/mL，沸點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致死亡。常用危險(xiǎn)化學(xué)品的分類及標(biāo)志 (GB13690-92)將該物質(zhì)劃為第3.2 類中閃點(diǎn)易燃液體。

二、各泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)體之間的密封裝置，它是由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄漏的裝置，常用于機(jī)泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械。機(jī)械密封的基本元件由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套、輔助密封（動(dòng)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

機(jī)械密封的工作原理如圖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)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸表面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。這層液體膜具有流體動(dòng)壓力與靜壓力，起著潤滑和平衡壓力的作用。

機(jī)械密封一般有四個(gè)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)的端面彼此貼合作相對滑動(dòng)的動(dòng)密封，它是機(jī)械密封裝置中的主密封，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。B處為靜環(huán)7與壓蓋4端面之間的密封；C處為動(dòng)環(huán)3與軸（或軸套）9配合面之間的密封，因能隨補(bǔ)償環(huán)軸向移動(dòng)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的密封。B、D、C三處是靜止密封，一般不易泄漏。

2、單端面密封離心泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

如圖2-3所示，單端面密封離心泵的軸封由一對摩擦副密封端面組成，只有一級密封，一般有自沖悉系統(tǒng)，無外供液沖洗冷卻系統(tǒng)，當(dāng)這一級密封泄漏時(shí)，泵體介質(zhì)會(huì)直接泄漏到環(huán)境中，主要適用于一般介質(zhì)場合。與其他輔助密封并用時(shí)，可用于帶懸浮顆粒、高溫、高壓等場合。

3、雙端面密封離心泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

如圖2-4所示，雙端面密封離心泵的軸封由兩對摩擦副密封端面(動(dòng)靜環(huán)摩擦副1、動(dòng)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(bào)警裝置的雙機(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(shí)，會(huì)先泄漏到外級機(jī)封的沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐，而沒有直接泄漏到環(huán)境中來，確保初步的安全。只有內(nèi)外兩級機(jī)封都泄漏時(shí)，泵體介質(zhì)才會(huì)泄漏到環(huán)境中，適用于強(qiáng)腐蝕、高溫的介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃易爆、易揮發(fā)、低粘度的介質(zhì)，以及高真空等場合。

4、屏蔽泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性

（1）屏蔽泵的工作原理及結(jié)構(gòu)

如圖2-5所示，屏蔽泵是一種無密封泵，泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)都被密封在一個(gè)被泵送介質(zhì)充滿的壓力容器內(nèi)，此壓力容器只有靜密封，并由一個(gè)電線組來提供旋轉(zhuǎn)磁場并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵具有的旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。

屏蔽泵屬于離心泵的一種特殊形式，主要由泵體、葉輪、定子、轉(zhuǎn)子、前后導(dǎo)軸承、軸套以及推動(dòng)盤組成。電動(dòng)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，浸在輸送的介質(zhì)中。轉(zhuǎn)子軸端裝有葉輪，形成無軸封的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到無泄漏輸送的目的。

（2）屏蔽泵的軸封特點(diǎn)

從屏蔽泵的原理和屏蔽泵的結(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(dòng)密封，只有靜密封，所以，靜密封點(diǎn)完好無泄漏時(shí)，那屏蔽泵就可以達(dá)到無泄漏的要求。

三、安全性及經(jīng)濟(jì)性比較

（1）安全性比較的角度說明

一個(gè)設(shè)備的安全性評價(jià)是一個(gè)綜合系統(tǒng)的問題，具包括設(shè)備本身質(zhì)量的可靠性及設(shè)備的完好性，也包括環(huán)境及人的行為操作對設(shè)備安全的影響。因本文論述的側(cè)重點(diǎn)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(xiǎn)物料時(shí)的安全性，所以這三臺(tái)泵的安全性評價(jià)側(cè)重在泵泄漏造成的危害角度?，F(xiàn)在進(jìn)行的安全性比較僅從泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性，當(dāng)軸封故障發(fā)生泄露時(shí)，造成介質(zhì)泄漏到環(huán)境中，可能引起的人身健康、環(huán)保，安全角度進(jìn)行考慮，進(jìn)行比較的。

（2）甲醇輸送泵泄漏時(shí)存在的安全風(fēng)險(xiǎn)

由本案例可知，輸送泵輸送的介質(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，受熱的容器有爆炸危險(xiǎn)。能在較低處擴(kuò)散到相當(dāng)遠(yuǎn)的地方，遇明火會(huì)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(xiǎn)物料的安全性比較

根據(jù)甲醇泵輸送甲醇危險(xiǎn)物料可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(xiǎn)物料時(shí)：

①蔽泵可以達(dá)到無泄漏的要求，所以最安全。

②雙端面密封離心泵具有的兩級密封，當(dāng)內(nèi)機(jī)封泄漏時(shí)，會(huì)先泄漏到外級機(jī)封的沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐，而沒有直接泄漏到環(huán)境中來，確保初步的安全，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(shí)，泵體介質(zhì)會(huì)直接泄漏到環(huán)境中，所以安全性一般。

（4）經(jīng)濟(jì)性的比較

對于經(jīng)濟(jì)性的比較，單端面密封離心泵和雙端面密封離心泵設(shè)備投資費(fèi)用稍微低，但后期的設(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(fèi)用高，一般為國產(chǎn)的離心泵的2-4倍，但后期的設(shè)備檢修維護(hù)會(huì)相對低。記相關(guān)的統(tǒng)計(jì)，單端面密封離心泵、雙端面密封離心泵后期的維護(hù)費(fèi)用大概為屏蔽泵的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(xiǎn)物料時(shí)，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、化工裝置對泵的要求，必須滿足對介質(zhì)特性的要求，要充分考慮輸送介質(zhì)的特性，工況環(huán)境的特點(diǎn)，安全環(huán)保的要求及經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行綜合考慮。安全優(yōu)先，經(jīng)濟(jì)性為本。一般的場合，優(yōu)先選用單端面密封，因?yàn)閱味嗣婷芊饨Y(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低。但在以下特殊的場合，就要嚴(yán)格按照要求選擇：

（1）對輸送易燃、易爆、易揮發(fā)的低溫介質(zhì)（液化石油氣等）、有毒或貴介質(zhì)的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(bào)警裝置的雙重機(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的介質(zhì)甲醇為易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒性危險(xiǎn)介質(zhì)，應(yīng)該以安全性為優(yōu)先，兼具經(jīng)濟(jì)性考慮，而輸送的介質(zhì)甲醇為很潔凈的物質(zhì)，非常適合屏蔽泵對介質(zhì)的要求，這樣后期泵的故障率少，檢修維護(hù)成本會(huì)低很多，一備一用，整體設(shè)備投資也不是很高。所以，在輸送甲醇等易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒性危險(xiǎn)介質(zhì)時(shí)，選擇屏蔽泵為最佳方案。