高端釜用密封技术在化工领域中的应用

郭锡明，沈小华

(EagleBurmann中国，上海，200120）

摘 要：

釜用机械密封作为机械密封中重要的一个分支，在化工领域内的多种关键搅拌设备中使用，其稳定的运行将对安全连续生产起到非常重要的作用。如何寻找一种性能优良且稳定可靠的密封方案，一直是大家关注的焦点。

基于现场的良好使用经验，这里斟选几个有代表性的先进技术，与大家分享。

关键词： 机械密封，釜用机械密封，搅拌器，反应釜

Advanced Agitator seal application in Chemical industry

Abstract:  

     As a important branch of mechanical seal, Agitator seal widely used in the key devices in Chemical plant, it plays an important role for the stability of the plant operation. Thus, people always focus that how to define a proper seal solution.

     Here, based on the application experiences, we would like to share our knowledge with all audiences.

Key words: Mechanical seal, agitator seal, Agitator，Reactor

随着化工领域对搅拌及密封技术要求的不断提高，传统的填料密封基本已经退出历史舞台，越来越多的机械密封被广泛的应用，而且随着设备的大型化、苛刻的工艺条件、自动化条件的提高、使用寿命预期的延长，促使密封技术又推向了一个新的台阶。目前，釜用密封在先进的实验设备及新材料的支持下，使用参数已经达到了压力250bar,轴径500mm，同时，一些新型技术被广泛的使用，如干气密封、剖分式干运转密封、钻石密封面技术、超高压密封技术等等，这里我们用简短的篇幅和大家分享一下这几种最新的密封技术。

釜用干气密封： 　 常规釜用密封一般都需要密封液进行润滑，但由于技术的局限性，此类密封肯定存在一定的泄漏，这样，在一些不允许杂质进入反应介质的场合就不能使用常规密封，而干气密封就在这样一个背景条件下发展起来了。干气密封的特点是密封运行时端面不接触，通过空气静力学（气体进入表面槽内，在密封面之间产生压力，如右图）使两个端面之间保持2-4μm的间隙，虽然干气密封也有泄漏，但进入反应介质的是惰性气体，一般不会污染和影响反应介质。 干气密封由于采用气体润滑，端面无接触，所以没有任何摩擦热量的产生，也就不需要任何外部的热交换及相关辅助设备，另外，由于无接触，不磨损，所以使用寿命和维护周期都很长，综合考虑这些的因素，干气密封在经济上也有很大的优越性，因此，干气密封已经越来越多的为广大用户所接受。

钻石密封面技术：

    对于机械密封来说，大家一直在追求最佳的磨擦面的润滑性，而其前提条件是目前的机加工及磨削技术已经无法去进一步减少密封面材料的摩擦系数以及增加磨擦面的干耐磨性，所以一直在通过外部条件来改善密封面之间的润滑性能，从而降低磨损，改善密封使用性能， 而如今，有伊格尔博格曼公司发明的一种新型的密封面可以从根本上大大降低密封面的摩擦系数，他们把此项技术称之为：钻石面技术。下图的实验数据对比让我们可以清晰的看到钻石密封面的摩擦性能。

图中红线和绿线为我们常规碳化硅密封面和带钻石面层的碳化硅密封面的摩擦系数的比较，两者之间几乎相差8倍之多。

这一显著的优点可以带来以下潜在有利因素：

Ø         减少摩擦热量，增强抗干摩擦性能。

Ø         控制密封面温度的升高，保护与之相连的O型圈

Ø         降低双端面密封的热交换器的冷却功率。

Ø         可以改善密封在低汽化点介质中的使用性能。

Ø         减少驱动电机的能量消耗。

材料的超低摩擦系数和极强的硬度使得它具有非常低的磨损率，经过试验，其平均磨损率只有0.08μm/H， 所以在一定条件下，我们采用相同的机械密封结构做了对比实验，结果如下：

运行2000小时后已经大量泄漏

运行11500小时后仍然在运行

    釜用密封的工作条件波动较大，尤其是侧搅拌和下搅拌，密封面会与复杂的介质直接接触，同时介质还伴有大量的颗粒，所以，钻石密封面技术的使用可以大大降低了介质对密封面的磨损，从而大大的延长使用寿命，降低维护时间和成本。

超高压密封技术

    为了提高超高压釜用密封的安全性及使用寿命，现代密封技术开始采用压力逐级递减的原理，通过三级密封来降低每级密封的负荷（传统双端面密封的大气端密封的负荷很大，容易损坏），以提高每级密封的运行可靠性。虽然各级密封的工作压力得到了很大的改善，但各级密封设计压力仍为总体压力，这样，在事故状态下，单级密封仍然能够承担所有压力，并在较长的时间内保持正常工作。

这里，如何保证辅助系统（油站）正常工作非常重要，由于辅助系统有两条回路（如下图），两条回路必须保证同时提供压力，尤其在开车调试期间，需要严格按照操作规程加压。

剖分式干运转密封： 　 干式密封（如由图）已经在很多中低工况中广泛应用，但是，由于干式密封的使用寿命相对较短，密封的维护相对频繁，由此产生的拆装搅拌器的费用相当高，所以，为了避免繁杂的拆装过程，剖分式密封应运而生。 剖分式密封（见下图）使用条件相对比较宽松，允许比较大的轴跳动，虽然会因此形成比较大的泄漏率，但操作维护的简便使其弥补的其他方面的不足。

总结：

现代工艺设备（如各类釜）的工艺条件变化很大（各相组分很难确定），压力经常波动，开停车频繁，而且现代工艺设备经常需要适合多用途操作，所有这些因素都给机械密封的使用带了不小的挑战，因此，现代密封技术的发展，突出表现在以下两个方面：

密封材料/结构：

Ø         密封端面材料的不断改进，如干式密封采用的添加MoS2的特殊石墨；人造钻石涂层。

Ø         干气密封、剖分式密封、三级密封的使用。

Ø         密封端面增加液压动力槽（改善润滑）

Ø         其它以减少密封面的变形为目的的辅助设计

密封辅助结构及系统：

Ø         冷却法兰/夹套的应用（降温或使温度恒定）

Ø         节流/迷宫环的应用，通过液体（下搅拌）或气体（上搅拌）使介质和密封隔离

Ø         配有先进的自动化设备和仪表的辅助系统，维护和监控密封的稳定运行

    从以上的分析可见，密封技术的发展不是单方面的进步，在未来，釜用密封的发展将和工艺/搅拌技术的发展紧密的结合在一起，三方的共同努力会使机械密封发挥更佳的使用效果，为安全生产作出更大的贡献。

参考文献：

1：<<Mechanical seal>> ---- Dr.Ehrhard Mayer  1977

2：<<Technical master>>------Burgmann Industries 2007

3:  <<Mechanical seal power, March>>------Elonka 1983

4:  <<机械密封实用技术>>------顾永泉 2002