导热油循环泵机械密封设计选型讨论

由泵操作 条件 和高 温导 热油 机械 密封 的失 效原 因来看 ， 热油循 环泵 的机 械 密 封 是 一 个 典 型 的高 温 型机械 密封 ， 且 操作 条件 非常 苛刻 。因此 ， 在机 械密 封 选型设 计 时应考 虑 到 以下 几点 ， 以保 证 机械 密 封 的正常 运行 。
（ ４ ） 根据生产经验 ， 高温导热油泵长期运行后 ，
会 有结焦 颗粒 黏 附在泵 叶轮 上 而破坏 叶轮 的动平 衡
通常机械密封 的工作温度超过 ８ ０ ℃时就视作
高温机械密封 。在高温下 ， 密封主要会产生下列 问 题而导致密封失效泄漏… ： （ １ ） 密封端面液膜汽化 ； （ ２ ） 摩擦副的热应力和热变形 ； （ ３ ） 组合件、 镶嵌件可能因配合不 当而松脱 （ 当
采用镶嵌部件时） ；
对于这个方案 ， 很多设计者和机械密封 的制造
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Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｃ Ｈ Ｅ Ｍ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ － Ｉ Ｒ Ｙ
２ ０ １ ３ 年第 ４ ２ 卷
封腔夹 套冷却 ， Ａ Ｐ Ｉ Ｐ ｌ ａ ｎ ０ ２＋ ５ ２冲洗方 案 。
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｅ ａ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｈｏ ｔ Ｏｉ ｌ Ｃｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｕ ｍｐ
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由于导热油 系统为密闭循环加热系统 ， 因此外 加冷却介质冲洗不利 于整个 系统 的长期稳定操作 ，
故也不推荐使用。 （ ３ ） 采用带冷却夹套的密封腔来控制密封腔温 度。
力的缓冲液 ， Ａ Ｐ Ｉ Ｐ ｌ ａ ｎ ５ ２ 。当高 温介质侧的主密封 面发生泄漏时， 阻隔液压力会升高 ； 而当大气侧的次 密封面发生泄漏时 ， 阻 隔液压力会降低。由此便于 维修人员判断哪个密封面出现故障。高温介质泄漏 到缓冲液中也便于导热油的回收而降低导热油的消
导热油循环泵是整个 导热油 系统 的核心设备 ，
表１ 导 热油循 环泵操 作参数表
项 目 介质名称
比重 （ ３ ０ ０ ￣） ／ （ ｋ ｒ ， ／ ｍ ） 蒸气压（ ３ ０ ０ ￣ Ｃ） ／ｋ Ｐ ａ Ａ 黏度 （ ３ ０ ０ ℃） ／ （ Ｐ ａ・ ｓ ） 温度／℃
４ 推荐的机械密封配置方案
泵 送介质温度／ ￣ Ｃ 说 明： １ ． 此曲线摘 自国外某离心泵制造商选型手册 ； ２ ． 冷却水流量 基于 ２ １ ％入 口 温 度。
图１ 密封腔温度 与泵送介质温度关 系图
综合上述讨论 ， 推荐的导热油循环泵机械密封 配置方案如图 ２ 所示 ， 采用串联双端面机械密封 ， 密
（ １ ） 带节流衬套 的密封压盖加背部急冷； （ ２ ） 双端面 机械密封加阻隔液或缓冲液。 对于采用节流衬套 ＋ 背部急冷 的方式 ， 应注意 急冷液应采用软水或冷凝水或低压蒸气 ， 如采用冷 却水易在密封部件上结垢而导致密封部件失去弹性 或直接磨损密封面。 最理想的是采用串联双端面机械密封 ＋ 不带压
对 中 。 ；
（ ２ ） 配备大尺寸密封腔 ， 并 直接通过密封腔冷 却夹套冷却密封腔， 将温度控制在 １ ０ ０ ￣ Ｃ 左右 ； （ ３ ） 两个密封面之间设置泵送环加强缓冲液 的
循环； （ ４ ） 辅 助密 封 圈 的材 料可 以选 择 Ｖ ｉ ｔ ｏ ｎ ＠材 质 ，
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山 东 化 工 Ｓ ＨＡ Ｎ Ｄ ０ Ｎ Ｇ Ｃ ＨＥ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｙ
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化 工设 计
导热油循环泵机械密封设计选型讨论
熊 ● … 伟 － ● ’
（ 嘉科工程（ 上海 ） 有限公司， 上海 ２ ０ ０ １ ２ ２ ）
析讨 论 。 １ － ｒ 艺 条件
参数 导热油
０． ６ ８ ７
９ ３． ３ ０． ４ ９×１ ０‘ ３ ３ ｏ ｏ／ ３ ３ ０ ３ ３ ６
１ Ｏ ６ ／２ ｏ ４ ３ ７
某项 目导热油循环泵选用单级悬臂离心泵， 泵
壳采用 中心支撑 ， 其操 作 参数 见表 １ 。 ２ 高温 导热油 机械 密封 的主 要失 效原 因
摘要： 机械密封的使用寿命及运行 良好 与否直接影响泵组运行及系统安全 ， 通 过分析讨 论导热 油循 环泵机械 密封的操作工况 以及 密封失效的原因 ， 提出相应 的机械密封 的配置方案 。 以满足工艺操作要求。 关键词 ： 高温导热油循环泵 ； 机械密封 ； 密 封腔冷却
中图分类号 ： Ｔ Ｑ ０ ５ ２ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ８－ ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ３－ ０ ０ ９ ０—０ ３
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ １— ３ １
（ ４ ） 辅助密封圈因高温引起 的老化 、 龟裂、 粘结 和弹性消失 ；
（ ５ ） 弹簧疲劳和强度降低 ；
（ ６ ） 材料的腐蚀和磨损加快。
另外 ， 对于高温导热油泵来说 ， 导热油的高温碳 化结焦也会导致机械密封 的失效。导热油因高温和
（ ２ ）采 用 外 部 冷 却 介 质 冲 洗 密 封 腔 ， Ａ Ｐ Ｉ
Ｐ ｌ ａ ｎ ３ ２［ 。
由于热油的操作温度高于其燃点 ， 一旦热油泄
漏极容易引起火灾。而且有些品牌或牌号的导热油 对人体和环境是有毒有害的。因此对密封泄漏进行
二 次 封 堵 就 显 得 非 常 必 要 了 。通 常 有 两 种 方 式 ：
耗， 减少生产操作费用。另外 ， 为了加强缓冲液的循 环而带走两个密封面摩擦产生的热量 ， 需要在两个 密封 面之 间加设 泵送 环 Ｊ 。
３ ． ４ 消除 热膨胀 影 响
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３ 设计 选型 方案讨 论
商都担心此方式 的冷却效率是否能够满足要求。根 据 泵 厂商资 料显 示 ， 采 用 密 封 腔 冷 却夹 套 是 能够 有 效地控制密封腔温度的。请见 图 １ ， 对此泵操wk.baidu.com条
件来说 ， 利用 １ ９ Ｌ ／ ａｉ ｒ ｎ的冷 却 水 流 量 能够 将 泵密 封 腔 的温度控 制 在 ９ ７ ℃左 右 。 另外 ， 为 了提 高密封 腔冷 却 夹套 的换热效率 ， 应 在密 封腔 的根 部设 置 节 流 环 ， 消 除 泵 腔 内高温 热 流 体对 密封腔 的影 响 。 ３ ． ２ 消除焦 炭颗 粒 对机 械密 封 的影 响
１
１ 一 节流碳环 ； ２一 密封腔冷却夹套 ； ３一 泵送环 。
图２ 导热油循环泵机械 密封装置 图
方案说明： （ １ ） 采用 内装平 衡式、 完全集装 式串联 双端面
机械 密封 ；
（ ３ ） 高温容易引起 泵对 中的偏 差而导致泵非正 常振动和泵部件磨损 ， 因此在安装时应对泵进行热
流 量／ （ Ｉ Ｔ Ｉ ／ ｈ ） 压 力 ／ｋ Ｐ ａ Ｇ 扬 程 ／ｎ ｌ
其运行状态是否 良好直接影响到生产装置 的操作 。 而机械密封又是关系到泵组稳定安全运行的关键部
件。同时 ， 高温对机械密封设计选型一直是个难点。 本 文将结合 某项 目中的情况 和相 关 资料对 其进 行分
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（ Ｊ ａ ｃ ｏ ｂ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ（ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ）Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ １ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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长期操作而产生结焦颗粒会阻碍密封弹性部件或滑
作者简介 ： 熊伟 （ １ ９ ７ ９ 一） ， 江西九江人 ， 工程 师 ， 主要从事石油化工工程机泵设备设计工作 。
第 ３期
熊
伟： 导热油循 环泵机械密封设计选型讨论
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动部件 的补偿 运动 ， 从 而导 致 密 封 面 因 压力 不 足 而 分 离造成 密封 失效 、 泄漏 。
３ ． １ 冷却密封腔介质、 控制密封腔温度 冷却密封腔介质温度可以减少或消除高温对辅 助密封圈的影响， 避免液膜汽化 ， 抑制密封腔内导热 油碳化结焦等 ， 常见的方法有 ： （ １ ） 采用冷却器冷却高温介质后再返 回至密封 腔进行 ， Ａ Ｐ Ｉ Ｐ ｌ ａ ｎ ２ ３或 Ａ Ｐ Ｉ Ｐ ｌ ａ ｎ ２ １ Ｌ ２ Ｊ 。 根据工厂操作人员 的反馈 ， 由于高温热油系统
１ ００ １ ５ ０ ２ ００ ２５ ０ ３０ ３３ ０ ３５ ０ ４０ ０ ４５ ０
为了消除各种材料不 同热膨胀系数对机械密封 的影响， 应尽量选择膨胀系数相近的材料 ， 并采用集 装式的机械密封结构 。在制造时 ， 还应对材料进行
０
５ ０
稳定性热处理 ， 消除残余应力。配备大尺寸密封腔 也可以避免 密封部件 因热膨胀 而接触泵体造成磨 损 引。
采用大尺寸密封腔 ， 利用泵 自身旋转产生的离 心力将颗粒物带离密封面和弹性元件 ， 消除其对密
封 的影响。当泵静止时 ， 大尺寸密封腔的大空间可
以使颗粒在重力 的作用下沉积到密封腔的底部， 而 不是在密封面或密封部件上 Ｊ 。
３ ． ３ 配 备次 级或 备用 密封
或多或少会有结焦颗粒存在 ， 而经过长期运行结焦 颗粒黏结在冷却器换热管壁上影响换热效率和堵塞 连接密封腔 的管子 ， 故不建议采用此方式。