美國石油協會 API 682標準中對機械密封的類別、類型、布置方式、沖洗方案等進行了分類,在工程應用中機械密封的選型也應注重以上要點進行分析。
另外,機械密封的 pV 值是選擇、使用和設計機械密封的重要參數,功耗、磨損與溫升都與該值有關。pV 值越高,機械密封的技術水平及難度系數越高。(相關閱讀:典型泵用機械密封選型分析)
1、 機械密封類別的選擇
API 682 中規定了三種密封類別,一類密封用于非 API 610 尺寸密封腔,且密封腔溫度為 -40~260 ℃,密封腔壓力≤ 2.2 MPa(A)的場合,煉油行業大多采用 API 610 標準的泵,因此不建議采用此類密封。
二類密封用于滿足 API 610 尺寸要求的密封腔,且密封腔溫度為 -40~400 ℃,密封腔壓力≤ 4.2 MPa(A)的場合,此類密封在煉油廠中應用多,大多數烴類介質應用該類密封。
三類密封的溫度、壓力范圍與 2類相同,但對密封的認證試驗以及圖紙資料的要求更加嚴格,另外三類密封需要采用多孔均勻沖洗系統以及節流襯套需采用浮動石墨襯圈的形式。目前國內密封廠家不具備嚴格意義上的三類密封生產能力,因此僅建議在采用進口密封件且應用場合要求極高的情況下選用。
2、 密封類型選擇
A 型密封(Type A)采用多彈簧,止推環式補償結構,補償裝置為旋轉式,輔助密封圈為彈性 O 形圈;B 型密封(Type B)采用無止推環,波紋管補償結構,補償裝置為旋轉式,輔助密封圈為彈性O 形圈;C 型密封(Type C)采用無止推環,波紋管補償結構,補償裝置為靜止式,輔助密封件為柔性石墨。
除以上 3 種標準密封形式之外,API 682 還規定了 4 種替代密封,分別是靜止式 A(B)型密封、單彈簧式 A 型密封、旋轉式 C 型密封。
(1) 靜止式與旋轉式機械密封的選擇
在同一軸徑下,采用靜止式密封的徑向尺寸要比采用旋轉式大一個等級,因此旋轉式密封具有徑向尺寸小、安裝方便的特點,一般情況下均采用旋轉式密封。當密封端面線速度不小于 23 m/s 時,彈簧及其他旋轉部件產生的離心力較大,動平衡要求較高,同時消耗攪拌功率,產生攪拌熱,此時應采用靜止式密封。
(2)單彈簧與多彈簧機械密封的選擇
單彈簧式機械密封結構簡單,一般用于較小軸徑的情況。
多彈簧式機械密封適用于較大軸徑,其軸向尺寸小、軸向力均勻,適用于高速機械密封。但多彈簧的彈簧絲徑小,因腐蝕或結晶顆粒積聚易引起彈簧失效或卡滯,此時應采用單彈簧式密封或采用合理的布置方式避免彈簧與介質接觸,當采用單彈簧式機械密封時應采取一定措施使彈簧力分布更加均勻,進而避免因彈簧力分布不均而導致密封本體的失效。
(3) 彈簧式與波紋管式機械密封的選擇
彈簧式機械密封追隨性及補償能力好,且能適應高壓力場合,一般情況下應用較多。但由于彈簧式密封受輔助密封圈耐溫限制,不能用于溫度較高的場合,一般應低于 200 ℃。
波紋管式機械密封可分為橡膠波紋管、聚四氟乙烯波紋管和焊接金屬波紋管三大類。前兩種波紋管由于彈力較小,均需加輔助彈簧,因而使用受到一定限制 ;現場應用較多的為金屬波紋管,其具有較好的耐低、高溫性能,溫度范圍可在 -40~400 ℃。(相關閱讀:波紋管機械密封的優點、常用材料及應用)
3、布置方式的選擇
布置 1(Arrangement 1)每套集裝式密封中有一對摩擦副,分為帶固定節流襯套(1CW-FX)和浮動節流襯套(1CW-FL)兩種配置。布置 2(Arrangement2)每套集裝式密封中有兩對摩擦副,且緩沖流體壓力低于密封腔壓力,分為雙接觸式濕密封(2CWCW)、接觸式濕內密封(2CW-CS)和非接觸式內密封(2NC-CS) 三種配置。布置 3(Arrangement 3)每套集裝式密封中有兩對摩擦副,且隔離液體壓力高于密封腔壓力,分為面對面(3CW-FF/3NC-FF)、面對背(3CW-FB/3NC-FB)和背對背(3CW-BB/3NC-BB)六種配置。
布置 1 主要適用于常溫、無毒、無危害的介質;布置 2 主要適用于輕烴類、易汽化介質,當介質有毒時不推薦選用;布置 3 主要適用于高溫、有毒、有害的介質以及不允許有介質泄漏的場合。
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