泵密封輔助系統(tǒng)21號方案沖洗參數(shù)研究

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1、泵密封輔助系統(tǒng)21號方案沖洗參數(shù)研究摘要：合理的冷卻沖洗參數(shù)能提高泵機(jī)械密封工作的可靠性，延長其使用壽命。文章針對API682中的標(biāo)準(zhǔn)沖洗布置21號方案，通過密封沖洗冷卻器的計算選擇以確定合理的沖洗參數(shù)。關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；沖洗布置21號方案；密封沖洗冷卻器；溫升中圖分類號：TH136文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-8937（2012）17-0096-02在現(xiàn)代工業(yè)裝置系統(tǒng)中，廣泛而大量地使用著各種各樣的流體機(jī)械。在這些機(jī)械中，轉(zhuǎn)軸的密封是關(guān)鍵技術(shù)之一，尤其是機(jī)械密封，它是節(jié)能、泄漏、防污染、保安全的先進(jìn)軸封形式。機(jī)械密封由兩部分組成

2、的，即機(jī)械密封本身和機(jī)械密封循環(huán)系統(tǒng)。機(jī)械密封循環(huán)系統(tǒng)的功用在于采用沖洗、循環(huán)、熱對流等工作方式，控制機(jī)械密封的工況參數(shù)，即溫度、壓力、潤滑、腐蝕、結(jié)晶、結(jié)垢等，以防止危險介質(zhì)正常泄漏對環(huán)境的污染。7本文以符合美國石油協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)API682的泵密封標(biāo)準(zhǔn)沖洗布置21號方案為例介紹密封輔助系統(tǒng)沖洗參數(shù)計算過程。方案21是對密封提供了一種冷卻沖洗，這種沖洗方案用于提高蒸汽氣化的裕量、滿足附屬密封元件的溫度限制、減少焦化或聚合、提高潤滑性。方案21的優(yōu)點是不僅提供了冷卻沖洗也具有足夠的壓差以保證良好的沖洗流量。它的主要配置是從泵的出口通過限流孔

3、板和冷卻器然后進(jìn)入密封腔的循環(huán)過程（圖1）。密封腔中熱量的來源主要有以下幾種：由于密封面摩擦和介質(zhì)剪切而產(chǎn)生的熱量，由旋轉(zhuǎn)的密封元件引起的紊流（或湍流）而產(chǎn)生的熱量，由泵經(jīng)密封腔和軸傳導(dǎo)的熱量等，同時密封腔也有部分熱量散失。通過方案21的冷卻沖洗要帶走這部分熱量，以此為原則即可計算方案21的沖洗流量及換熱器的參數(shù)。以按API682-2004標(biāo)準(zhǔn)配套的串聯(lián)金屬波紋管式機(jī)械密封為例，介紹21號方案沖洗參數(shù)的計算過程，具體工況參數(shù)見表1、表2。1密封腔產(chǎn)生的熱量1.1密封端面摩擦產(chǎn)生的熱量Q密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。DO為密封端面接觸外直徑，mm

4、，DO=111.7；Di為密封端面接觸內(nèi)直徑，mm，Di=103.2；D1為波片外徑，mm，D1=114.3；D2為波片內(nèi)徑，mm，D2=97.5；Db為密封有效平衡直徑，mm，Db=■=106；Psp為彈簧比壓，MPa，焊接金屬波紋管Psp=0.15MPa；p為密封腔壓力，MPa，p=0.4MPa；n為轉(zhuǎn)速，r/min，n=14757r/min；f為摩擦系數(shù)，f取0.07；K為壓降系數(shù)，K取0.5。密封端面摩擦產(chǎn)生的熱量Q計算過程如下所示。端面面積：A=■=1434mm2密封平衡系數(shù)：B=■=0.691密封端面上的液體壓力：ΔP=p

5、×B=0.276MPa端面總比壓：Ptot=ΔP（B-K）+Psp=0.203N/mm2端面平均直徑：Dm=■=107.15mm運(yùn)行轉(zhuǎn)矩：Tr=Ptot×A×f×（Dm/2000）=1.09Nm密封端面摩擦產(chǎn)生的熱量：Q=■=0.168kW1.2密封旋轉(zhuǎn)部件渦流產(chǎn)生的熱量Qxz密封旋轉(zhuǎn)部件渦流產(chǎn)生的熱量Qxz的依據(jù)為能量守恒原理——密封旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生熱量等效于同類型葉輪、產(chǎn)生同流量下泵所用電機(jī)的軸功率。取泵流量Qpump=15L/min=0.00025m3/s，取揚(yáng)程Hpump=14m，則密封旋轉(zhuǎn)部件渦流產(chǎn)生的熱量：Qxz=Ppumpg

6、ρQpumpHpump/1000=0.037kW1.3泵密封腔與軸的傳熱QhsU為材料物性系數(shù)；A為傳熱面積，mm；T1為泵介質(zhì)溫度，℃，此密封T1=210℃；T2為要求的密封腔溫度，℃，此密封T2=95℃（估算）；為泵溫度與所要求的密封腔溫度的溫差，K，ΔT=T1-T2=115K。對于不銹鋼材質(zhì)的軸套和密封壓蓋，取U×A=0.00025。則密封腔吸熱：Qhs=U×A×Db×ΔT=3.05kW1.4散發(fā)到空氣中的熱量Qs密封端蓋與管路損失熱——環(huán)境溫度取當(dāng)?shù)刈罡邷囟?8℃。C1為端蓋比熱，kJ·kg-1·k-1，此密封C1=0.46k

7、J·kg-1·k-1；M為端蓋總重量，kg,此密封M=ρV=27.3kg；Δt為端蓋與環(huán)境溫度差，K,此密封Δt=95-38=52K；l為管路散熱長度，此系統(tǒng)l=4m；S為管路散熱面積，m2，S=πd×l=3.14×0.027×4=0.339m2；W為管散熱能力—相對大氣，kW/m2，W=4kw/m2；h為環(huán)境修正系數(shù)，此系統(tǒng)h=1.15；α為管材修正系數(shù)，此系統(tǒng)α=0.9。則此密封:Qs=Qpompcover+Qpipe=■+hαSW=1.6kW2密封沖洗流量qing為與泵同溫的注入液的相對比重，g/cm3，此密封d=0.879g/

8、cm3；Cp為與泵同溫的注入液的比熱容，J·kg-1·k-1，Cp=17007J·kg-1·k-1；Δt為密封腔的最大溫升，Δt=10K。密封沖洗流量qing計算過程如下：qing’=60000×■=6.6L/min在計