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介绍乙烷泵上应用创新型干气密封有那些不知道的问题
作者: 来源: 发布时间:2018-06-14


非同寻常的干气密封

Dry Gas Seals(干气密封),简称为DGS的密封方案是在空气压缩机中已经被证实了的可靠轴密封解决方案。它有着较宽的密封面,其结构中有(直接的或者间接的)气体密封槽。这些槽使得密封系统工作时能够产生“悬浮”,使滑动表面不相互接触。像液体润滑的密封系统,在失油干运行时会带来滑动表面的磨损损伤一样,Dry Gas Seals密封系统在滑动表面相互接触时也会带来磨损,最终会导致密封失效。由于压缩机工作时也有一些不利于密封系统的恶劣工作条件和工作环境:在减速运行(缓慢的、压缩机受调节控制的停机过程)时,在低速运行和周期性旋转(在规定的时间间隔内轴旋转90˚)时,正常工况下相互不接触的滑动表面也会相互接触,因而也会因相互接触而出现磨损。

     为了解决这种不利的情况带来的损害,Eagle Burgmann公司为DGS密封系统研发了滑动表面专用的、创新性的微晶金刚砂涂层,并成功地使用了这种涂层DiamondFace。这种涂层材料有着很高的硬度和耐磨性、出色的导热性、最高的耐化学腐蚀性和很低的摩擦系数。而且它的附着力也超过了所有已知的实用要求。已经证实它使滑动密封有着几倍长的使用寿命,密封系统的维护保养周期也相应地延长了,密封系统总寿命周期的成本也明显降低了。

     怎样才能分析出液态碳氢化合物输送泵在特殊压力条件下密封件即将发生的故障,如何利用密封系统结构设计来彻底地解决问题。这一设备的核心部件是它的乙烷喷射泵,这台乙烷喷射泵的工作压力范围在28~76 bar之间。喷射泵入口处的乙烷温度不得超过16℃,只有这样乙烷喷射泵轴密封的蒸汽压力才不会过低。但在气候条件的影响下此处的温度常常会明显地升高,乙烷受热蒸发,密封件失效,产品损失等等都是它带来的恶果。原来的液态乙烷输送泵难题的解决方案是使用有着Diamond-Face涂层的滑动密封件,但这种密封件是针对纯气体介质研发设计的Eagle Burgmann公司的DF-DGS6型滑动密封件。这种创新性的密封解决方案自上市以来就被视为一种非常可靠的、长寿命的低压蒸汽介质密封解决方案,并迅速在世界各地得到推广、应用。它替代了液态润滑的密封件,因为液态润滑密封件在恶劣的工作条件下和在含有相变的介质密封中是不适用的。

    为什么液态润滑的密封件会被淘汰?原因是“旋转设备”在工作时常常没有考虑被泵送介质可能发生的相变过程。并且重要的是在设备启动、缓慢转动或在备用状态下,密封系统的工作条件都是无法准确预测的,都无法保证轴密封的滑动表面有着足够的液态润滑介质。不同相工况的评估会告诉我们,这些情况给滑动密封系统的可靠性带来什么样的影响。

1、备用状态:此时的工作条件是相似的,除非密封件静置几个月没有清洗。当密封件处于库存备用状态时,滑动表面会积累一些污垢,并且会在密封件周围越积越多,从而给密封空间带来一些不利影响。

2、启动阶段:输送泵开始吸入液体介质。液体乙烷在吸力作用下进入密封的滑动表面,并因压力下降而在滑环和静环之间的缝隙中气化。有时候这一过程会持续相当长的时间,直到密封空间里重新获得正常的、超过了介质蒸发的压力为止。而此时,密封面间的热量,即便是非常低的一点热量也可以将液体介质的压力提高,提高到足以使密封面间隙中的液体蒸发。滑动表面的破坏就是它们带来的恶果,表面损毁的图片就是最清楚的表述。

3、高效工作运行时:当输送泵在最佳工作点之外的条件下以及在错误的工作参数条件下,运行时都要消耗更多的驱动能源并损失一些输送功率。这两种情况都在保持与蒸发压力的压力差方面有不利影响——会在滑动表面出现失油干运行情况。

4、缓慢运转:低速旋转时的问题与启动时的问题相同,但后果更加严重。因为没有足够高的转速就不会得到最终所需的高压力。而密封空间中的压力不能快速升到理想高度来保证乙烷蒸发压力之间有着足够的压力差。这样,滑动表面间的温度会升高,润滑不良的概率会增加,同时密封失效的概率也提高了。

其他的工作状态,即那些对评估密封性能如何有意义的工作情况为:介质的温度波动,经常的启动-停止,操纵错误。

  毫无疑问,必须采取措施避免密封件的失效及因其失效而带来的产品损失和设备利用率下降。Eagle Burgmann公司在与用户的合作中,对密封件失效的原因进行了分析,由其应用技术工程师和设计工程师组成的专家组努力开发性能可靠的、永久性的密封解决方案。

无法估算的气相过渡

   液体润滑的滑动密封件是针对泵送液体介质而设计的。使用时,液体介质会进入到滑动密封的缝隙中去并对滑动表面进行润滑。若这层润滑膜被液体介质中的气体撕破,则滑动表面就会处于失油干摩擦的状态中了,并因此而受损。但在实践中,很多液体乙烷应用中的液体润滑密封件都没有问题。之所以这样是因为它们有着稳定的工作条件。当工作条件变化很大时,这样的液体润滑密封件就不能保证完全正常的发挥作用了。

    气体润滑的大型密封件能够很好地完成乙烷液体的密封,然后就只需在密封件中输入气态密封介质。为了能使液体乙烷转化为气态的形式,不是降低压力就是使蒸汽压力明显的高于密封压力。通过加热可以快速的实现这样的效果,但当采用外部热源加热时,会使整个密封系统变得结构非常复杂,密封系统的维护保养费用也很高,这都不符合使用者的初衷。结构设计方面的性能匹配,例如很小的密封间隙和密封件产品侧的迷宫结构能够产生紊流。紊流的液体摩擦会产生一定的热量 , 也会附带的在滑动表面产生热量:密封缝隙越小,泄漏也就越小,发热也就越大。长期连续工作时所产生的热量已足够多了,在启动阶段、缓慢旋转阶段或者备用时(即没有摩擦热时)仍然是有一定风险的。

适合于易挥发介质的解决方案

     这种型号输送泵的密封解决方案是能够在液态或者气态密封状态下都安全、可靠地密封被输送的液态乙烷。在液相和气相的相变过程中,即可能导致失油干运行和滑动表面接触的情况下,滑动表面的DiamondFace涂层都能保证密封系统不受损害。而且在采用这种密封系统之后乙烷泵的工作方式也变得更加简单了,密封件可以在无需任何冲洗(API Plan 02)的情况下工作运行。原来使用的过滤器以及过滤器的维护保养也都省略掉了。


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