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1、萃取分离的混合物装入萃取釜,排出所有杂质气体后注入超临界流体CO2,并使其在压缩机驱动下,在萃取釜和分离釜之间循环。从萃取釜顶部离开的溶有萃取物质的高压气体经节流阀节流降压将溶质析出后进入分离釜,溶质自分离釜底部排出。超临界流体则进入压缩机,经压缩机后进入萃取釜循环使用。通过变频器进行PID参数控制,采用PLC机进行实时数据变化监控、动态显示和报表输出等,最后进行打印。3.2系统检测与控制4,5根据系统的检测控制要求,采用Pt100热电阻作为温度传感器,检测萃取釜和分离器的温度,采用压阻式压力传感器检测萃取釜的压力,采用标准节流元件检测流量。各检测信号经转换变成05 V的电势信号输给A/D转换
2、器,萃取釜的压力及CO2流量的控制采用PID算法,信号经D/A转换到控制执行器。4 结语采用PLC技术对超临界CO2萃取控制系统进行全面改造后,极大提高了控制精度,增强了控制系统的稳定性和抗干扰性,并加大了操作弹性。PLC控制系统设计合理,性价比高,特别在当温度、压力和流量过载时设置了报警中断控制,效果优良,达到了预期目的。参考文献:1Gloyna E F,Li L,McBrayer R N.Engineering Aspects of Su2percritical Water OxidationJ.Wac.Sci.Tech.,1994,30(9):1210.2 田小军.PLC教学实验控制面板
3、的研制与应用J.实验室研究与探索,2003,22(2):1262138.3 袁秀英,牛云升,余群威.组态控制技术M.北京:电子工业出版社,2003.4 汤以范,叶 真,陈小异,等.电气与可编程序控制器技术 M.北京:机械工业出版社,2004.5 刘伟民.单片机在超临界CO2萃取装置上的应用研究J.农机与食品机械,1999,24(6):13217.6 江和源,蒋 迎.超临界流体技术脱除绿茶咖啡因和儿茶素的研究J.食品工业科技,2004,25(2):95297.7 郑 萍,潘世永.一种高性价比的PLC遇上位机的通信实现J.电子技术应用,2001,61(4):26246.(张编)收稿日期:20062
4、12216作者简介:张 巍(19702),男(满族),辽宁大连人,工程师,学士,从事产品开发工作。文章编号:100027466(2007)0320075204离心泵机械密封的选用张 巍,潘立斌,张旭东(大连苏尔寿泵及压缩机有限公司,辽宁 大连 116600)摘要:列举了机械密封的基本结构,分析了其特点和使用范围,提出了选择使用离心泵机械密封时应重点考虑的几个方面和注意事项。关键词:离心泵;机械密封;结构;选用中图分类号:TE 964103;TH 136 文献标志码:BMechanical Seal Selection for Centrifugal PumpZHANG Wei,PANLi2bi
5、n,ZHANG Xu2dong(Sulzer Pumps&Compressors Ltd.,Dalian 116600,China)Abstract:The basic structures,characteristics and application ranges about mechanical sealswere introduced,several pieces of advice and attentive issues for the mechanical seal selection wereset forth.第36卷 第3期 石 油 化 工 设 备 Vol136No1320
6、07年5月 PETRO2CHEMICAL EQUIPMENT May2007Key words:centrifugal pump;mechanical seal;structure;selection 近20 a来,尽管机械密封已在石油、化工、冶金和造纸等各种流体物料输送领域得到了广泛应用,但最新统计表明,造成流程中断的原因中有70%为密封失效,无法满足预期的使用寿命1,2。如何提高密封使用的可靠性,延长使用寿命,科学合理的选配是极其重要的。文中通过阐述离心泵用机械密封的一些基本概念,对基本结构进行了分析,提出了选用机械密封时应注意的问题,对正确选用机械密封可起一定的参考作用。1 机械密封分类
7、及结构1.1平衡型和非平衡型机械密封平衡型机械密封端面所受作用力随介质压力的升高而升高的斜率小于1,非平衡型机械密封的升高斜率大于1。也可以直观地理解为,密封腔内动环的有效水力作用面积同密封摩擦副端面面积的比值大于1的为非平衡型机械密封,小于1的则为平衡型机械密封,见图1。对非平衡型机械密封,在介质压力较高的情况下,因其端面作用力较大,密封面磨损较快,故不建议用于高压工况,只能用于低压场合,一般最高压力为0.50.7 MPa。平衡型密封能够降低端面上的磨损,承载能力相对较大,可用于高压场合。图1 平衡型和非平衡型机械密封结构1.2内装式和外装式机械密封机械密封动环外圆周表面与介质接触的密封形式
8、称为内装式机械密封(图1),而动环内圆周表面与介质接触的密封形式称为外装式机械密封(图2)。外装式机械密封弹簧不与介质接触,可以用于强腐蚀、高粘度、易结晶以及含有固体颗粒的介质等工况条件。但其动环端面在介质压力的作用下存在被打开的趋势,因此使用压力比较低,一般应不大于1 MPa。内装式机械密封则可以满足较高压力的工况要求。图2 外装式机械密封结构1.3内流式机械密封和外流式机械密封介质在密封面上的泄漏方向与离心力方向相反的密封为内流式机械密封,与离心力方向一致的密封为外流式机械密封。显然,图1属于内流式机械密封,图2属于外流式机械密封。一般情况下,外流式机械密封泄漏量较大。1.4旋转式和静止式
9、机械密封弹簧随轴一起旋转的密封为旋转式机械密封(图1和图2),弹簧不随轴一起旋转的密封为静止式机械密封(图3)。旋转式机械密封在高速转动下,由于离心力的作用,弹性元件会发生变形,造成泄漏增大、磨损加速,因此旋转式机械密封适用于线速度小于30 m/s的低速工况。静止式机械密封不受离心力的影响,故可应用于高速工况。图3 静止式机械密封结构1.5单弹簧、多弹簧和波纹管型机械密封单弹簧型机械密封(图4a)通常使用1个大弹簧进行变形补偿,同时传递扭矩,端面受力不均匀,一般用于低速轻载工况。多弹簧型机械密封(图1图3)沿圆周分布3个以上小弹簧作为补偿元件,弹簧不用于传递扭矩,同时端面受力均匀,故67 石
10、油 化 工 设 备 2007年 第36卷 可用于高速工况。多弹簧型机械密封在输送含有固体颗粒的介质时,小弹簧螺距及空间较小,容易堵塞失效,大弹簧则适应性较好。波纹管型机械密封(图4b)通常使用金属波纹管代替弹簧作为补偿元件,通过焊接的形式与支座和动环座相连接,取消了动、静环上的O形圈,故可用于有机材料难以适用的高温和低温工况。图4 单弹簧和波纹管型机械密封结构1.6单端面机械密封和双重机械密封在一个轴封系统中,只使用1对摩擦副的密封为单端面机械密封(图1图4)。使用2对摩擦副的密封为双重机械密封。双重机械密封工作时需配置辅助系统,根据辅助系统中封液压力是否高于密封腔内泵送介质压力,分为有压双重
11、机械密封和无压双重机械密封。有压双重机械密封又分为背靠背组合的配置形式(图5a,通常简称为双封)和逐级内装串联形式(图5b,通常简称为串封)。无压双重机械密封通常只有串封(图5b)形式。图5 双封和串封结构2 机械密封选用考虑因素2.1输送介质的物理化学性质对于没有腐蚀性或腐蚀性较弱的介质,可选用内装式机械密封。对于腐蚀性较强的介质,因为弹性元件中弹簧的选择问题不易解决,在压力较低时,可选用外装式机械密封。对于易结晶、存在固体颗粒、高粘度的介质,应采用单弹簧结构。对于易燃、易爆、有毒等禁止外泄的介质,必须考虑双重机械密封,以保证绝对安全。2.2密封压力密封压力是选用机械密封时需考虑的重要参数之
12、一。一般情况下,当密封压力小于0.7 MPa时,平衡型及非平衡型机械密封均可以满足使用要求。密封压力在0.712 MPa时,考虑使用平衡性机械密封。当密封压力大于12 MPa时,则考虑采用串联密封形式(无压双重机械密封),以实现逐级降压。2.3密封工作转速密封工作转速是指密封工作面的线速度,它是影响运转稳定性及密封端面磨损的重要因素。线速度大于30 m/s时,通常被称为高速密封,应选用静止式机械密封。动、静环端面材料也应作特殊处理,以满足磨损要求。2.4工作温度工作温度通常指密封腔体内介质的温度。工作温度低于80 时,一般的机械密封都能适用。对于易汽化介质,应与压力同时考虑,使工作温度比沸点低
13、13.9,否则难以保证密封摩擦副间的稳定液膜。介质温度在80150 内的机械密封为普通密封,而温度高于150 的机械密封为高温密封。对于高温密封,通常根据具体的工况条件,使用带有换热器的辅助系统,以使密封腔内的介质温度控制在合理的范围内,确保密封圈以及摩擦副温度不超过具体密封技术条件规定的使用限值。低于20 使用的机械密封为低温密封。对在低温环境下工作的机械密封,为了避免摩擦副外部空气中的水分发生结冰现象,通常需配置PLAN62系统,使用氮气吹扫驱除水蒸气。对在高温、低温下工作的机械密封,除了选择合适的辅助系统之外,还要充分考虑密封材料和结构。2.5机械密封辅助系统机械密封端面间存在良好的液膜
14、,保证密封端面不产生干摩擦,各相应的辅助元件在工作条件下不发生溶解、变性和老化等失效是机械密封可靠工作的必要条件。但是在高温、低温、高压以及介质润滑性差等多种恶劣工况条件下,仅仅依靠机械密封77 第3期 张 巍,等:离心泵机械密封的选用自身的形式和材料,是难以满足使用要求的。通常借助机械密封辅助系统,以不同的冲洗的方式达到冷却、润滑和过滤等目的,为机械密封可靠工作创造良好的环境条件。笔者根据长期的工作实践,列举了机械密封主要使用的辅助系统方案,并且对其使用进行了分析说明,见表1。表1 机械密封辅助系统方案系统方案结 构适用说明PLAN01 从泵盖压力侧引出,至密封腔的内部循环 推荐用于清洁、有
15、保温要求的液体,不适用于立式泵PLAN02 无冲洗液循环的封死的密封腔 通常用锥形密封腔解决颗粒堆积和散热,不适用于立式泵PLAN11 从泵出口引出,经孔板至密封,冲洗密封端面后进入泵腔 推荐用于低粘度、温度低于80 的清洁液体,不适用于立式泵PLAN13 从密封腔引出,经过孔板至泵进口 在密封腔压力同泵出口压力接近,腔内液体循环难以形成时使用,通常用于立式泵PLAN21 从泵出口引出,经孔板和冷却器至密封腔,冲洗密封端面后进入泵腔 换热负荷较大,不推荐用于介质温度高于160 的工况PLAN23 循环液通过一泵送环从密封腔引出,经冷却器返回密封腔 为局部循环换热,换热负荷远小于PLAN21系统
16、,可以替代PLAN21系统。推荐用于高温介质工况PLAN31 从泵出口引出,经旋液分离器,清洁液自上部流出,进入密封腔。含有颗粒的液体从下部流出,返回泵进口 适用于固体颗粒质量分数小于1.5%、颗粒密度高于介质密度2倍的工况PLAN32 外供冲洗液注入密封腔,冲洗密封 适用于含有固体颗粒或污染物的场合。选择冲洗液时应考虑冲洗液不能污染介质,冲洗液消耗量较大PLAN41 从泵出口引出,经旋液分离器,清洁液自上部流出,经冷却器进入密封腔。含有颗粒的液体从下部流出,返回泵进口 适用于介质温度低于160、固体颗粒质量分数小于1.5%及颗粒密度高于介质密度2倍的工况PLAN52 通过外部储液器向无压双重
17、密封(串联密封)提供缓冲液。正常运行时由泵送环维持循环。缓冲液压力低于密封腔内液体的压力 通常用于无压双重密封,用于对轴封系统有较高可靠性要求的场合。无压双重密封的内侧密封为第一道密封,相当于一个内装式密封。第二道密封腔内注满来自缓冲罐的液体。内侧密封或第二道密封失效均会报警。也可用于泵送介质压力较高而单级密封无法满足要求的工况。通过调整缓冲液的压力控制单级密封的各自压差,满足单级密封的承压要求PLAN53 通过外部储液器向有压双重密封(串联密封或双封)提供隔离液。正常运行时由泵送环维持循环。储液器压力比密封腔内液体压力高0.050.15 MPa 双封工作时需要配置该辅助系统,通常适用于剧毒、
18、易燃、易爆、易挥发介质的外泄。双封的弹性补偿元件位于清洁的隔离液中,当介质含有固体颗粒以及存在结晶问题时,双封也可以满足使用要求 当泵送介质为清洁无固体颗粒或有结晶问题时,串封配置该系统也可用于双封的部分工况条件 可能使隔离液微量注入工作介质,使用时应注意PLAN54 使用有压的外部系统提供清洁的液体,循环通过外部压力系统或泵完成。储液器压力比被密封介质压力高0.050.15 MPa 隔离液循环更加充分,密封工作可靠性提高。适用于PLAN53系统工况PLAN62 采用外供急冷液冲洗密封面大气侧,以防泄漏液体在大气侧结晶 急冷液可以采用低压蒸气、氮气或清洁水,通常用于低温介质、需保温介质及易结晶
19、介质的输送场合,以防内部凝固、外部结晶以及结冰等现象的产生3 结语石油、化工和冶金等流体输送领域中的离心泵所用机械密封大多数为文中所提及的密封结构或其组合结构。在明确了密封的结构特点和选用原则后,科学地分析工况条件,合理选择包括密封材料在内的相关配置及辅助系统,则可以保证密封的长期可靠运转。参考文献:1 沈锡华.机械密封技术问答M.北京:机械工业出版社,1996.2 顾永泉.流体动密封M.东营:石油大学出版社,1993.(张编)福建炼油一体化气化联合循环工程进入实施阶段 宁波工程公司总承包的福建炼油乙烯一体化气化联合循环(IGCC)工程进入实施阶段。IGCC装置为福建炼油乙烯项目中一个公用工程装置,该装置以溶剂脱沥青装置的沥青为原料,生产整个项目所需要的部分氢气和大部分超高压蒸汽及部分电力,同时副产氮气和氧气,满足项目新增氮气和氧气要求。IGCC装置也是目前国内建设的第一套集气、电、化工产品联产的大型环保节能项目。项目建成后,将实现高效率、无排放、无污染的清洁发电,并达到有选择地分离工厂生产过程中包括二氧化碳在内的排放物,对国内燃煤发电电厂减少温室气体排放、打造新型的循环经济发展模式具有示范作用。(钱伯章)87 石 油 化 工 设 备 2007年 第36卷