[b]1．概述 [/b]　　水是各種工藝流程中應(yīng)用最為廣泛的介質(zhì)。冷水的密封選型通常沒有困難，而熱水卻是一種很難密封的介質(zhì)，如何為熱水提供價(jià)廉物美又性能可靠的密封長(zhǎng)期以來(lái)困擾著密封行業(yè)。熱水的汽化壓力較高，造成它在流經(jīng)密封面時(shí)容易發(fā)生閃蒸或汽化，同時(shí)熱水的潤(rùn)滑性能很差，這些特性使得標(biāo)準(zhǔn)的密封設(shè)計(jì)很難滿足熱水工況的要求。 [b]2 . 熱水工況用傳統(tǒng)的機(jī)械密封方案 [/b]　　熱水工況采用的傳統(tǒng)的機(jī)械密封絕對(duì)不能用熱水直接沖洗密封面，熱水必須首先經(jīng)過冷卻，將沖洗液溫度降低至65～820C以下。 　　最常用的熱水工況的密封沖洗方案有API plan 23和API Plan 21。其中API plan 23方案是將熱水從密封腔 （ stuffing box ） 引出，經(jīng)過一個(gè)換熱器后再?zèng)_洗密封面。換熱器使熱水的溫度在重新注入密封腔并沖洗密封面之前降低了。沖洗液循環(huán)的動(dòng)力通常由一個(gè)內(nèi)置的泵送環(huán)，也稱泵效環(huán)（pump ring）來(lái)提供。 　　API plan 21 是將泵送熱水從泵出口引出，經(jīng)過換熱器降低溫度，然后注入密封腔并沖洗密封面。API plan 21總的來(lái)說(shuō)不如API Plan 23效率高，因?yàn)樗枰鋮s的是來(lái)自工藝管線的較高溫度的熱水，在同等工況下通常需要更大的換熱器，其優(yōu)點(diǎn)是沖洗液不需要泵送環(huán)提供動(dòng)力。 　　此外可以用于熱水工況密封的沖洗方案還有API plan 32。這個(gè)方案API plan 32是采用一路外來(lái)的溫度較低的清潔軟水注入密封腔并沖洗密封面，它的沖洗管路簡(jiǎn)單可靠，但缺點(diǎn)是沖洗水消耗量很大且會(huì)稀釋或冷卻工藝管線的熱水，許多用戶難以接受。當(dāng)然還可以采用在密封腔外增加冷卻水夾套的方法來(lái)降低密封腔的熱水溫度。 　　以上沖洗方案，均要求將密封腔中熱水的溫度降低到標(biāo)準(zhǔn)密封設(shè)計(jì)所能接受的水平，以使密封達(dá)到一個(gè)可以讓人接受的使用壽命；并要求另外提供一路冷卻水，這不但帶來(lái)大量的冷水消耗，而且一旦在操作過程中冷水中斷就會(huì)迅速導(dǎo)致密封失效。同時(shí)，在這些沖洗方案的使用過程中還要面對(duì)換熱器、夾套腔等處的結(jié)垢問題，這就降低了密封系統(tǒng)在實(shí)際操作過程中的可靠性。 　　以下介紹兩種適用于熱水工況而又無(wú)需冷卻水的密封方式 － “潤(rùn)滑槽”（Lube Groove）和“液體緩沖墊”（Hydropad）機(jī)械密封。 [b]3．“潤(rùn)滑槽”（LUBE GROOVE）密封 [/b]　　在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械密封中，兩個(gè)密封端面之間存在一個(gè)很薄的液膜，在產(chǎn)生和形成穩(wěn)定的液膜過程中，流體的物理特性處于臨界狀態(tài)。在流體流經(jīng)密封面時(shí)，壓力降低、溫度升高。壓力降低是由于密封面內(nèi)外緣的壓力差造成的，溫度的升高是由于液膜中流體受到剪力以及密封面之間的機(jī)械接觸產(chǎn)生的摩擦熱引起的。液膜防止了密封端面之間過大的機(jī)械接觸，從而減少密封端面在運(yùn)行過程中的摩擦熱和端面磨損。如果液膜在接近密封面的邊緣處發(fā)生汽化，那么該密封副的大部分密封面都會(huì)失去密封液膜的支撐，造成密封迅速失效。 　　“潤(rùn)滑槽”就是在密封面上沿切線方向刻出窄槽，該槽不能貫通密封面的內(nèi)外側(cè)邊緣。當(dāng)流體流經(jīng)密封面時(shí)，這些槽能改善流體在密封面上的壓力分布。這有助于保持密封面間的液膜穩(wěn)定并防止流體在液膜處汽化。 　　由于熱水的汽化壓力很高，容易在流經(jīng)密封端面時(shí)引起快速汽化，因此控制密封接觸面的壓力是解決問題的關(guān)鍵。當(dāng)密封面相互平行時(shí)，液膜中的壓力降基本上呈線性分布，由密封端面外側(cè)的密封腔壓力逐步降至其內(nèi)緣的大氣壓力。當(dāng)液膜中的流體壓力逐步降低至等于液體的汽化壓力時(shí)，液膜就會(huì)發(fā)生汽化。通過在密封面上開潤(rùn)滑槽，密封端面上就會(huì)形成一個(gè)相對(duì)的高壓區(qū)域。該液膜的壓力分布是從密封端面外緣 （OD）呈線性遞減直到進(jìn)入潤(rùn)滑槽。在經(jīng)過潤(rùn)滑槽時(shí)流體壓力保持不變，然后再?gòu)臐?rùn)滑槽處呈線性遞減直到密封面內(nèi)緣面（ID）。壓力分布形式的改變，限制了液膜在“潤(rùn)滑槽”所覆蓋的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的汽化。 　　目前“潤(rùn)滑槽”型式密封是由Flowserve公司生產(chǎn)的。該公司的集裝式密封U,QB及BX都可采用“潤(rùn)滑槽”型式密封面。以下為“潤(rùn)滑槽”密封在熱水工況中的應(yīng)用： 　　最大密封尺寸： 5 英寸 （127毫米） 　　最大外緣線速度： 66英尺 / 秒 （20米 / 秒） 　　最高轉(zhuǎn)速： 3000rpm 　　最低轉(zhuǎn)速： 750rpm 　　最高密封腔壓力＊： 15 Bar 表壓 　　最高密封腔溫度： 175 0C 　　密封副材質(zhì)： 石墨，碳化硅，硬質(zhì)合金 　　推薦的管線方案： API Plan11或API Plan02 　　注＊：最低密封腔壓力應(yīng)保持在高于熱水的汽化壓力2Bar以上。 　　在通常情況下，為便于加工，“潤(rùn)滑槽”一般刻在較軟的密封面上。“潤(rùn)滑槽”的確切數(shù)量以及它的長(zhǎng)度，深度是由密封端面的尺寸決定的。 [b]4．“液體緩沖墊”（HYDROPAD）密封 [/b]　　“液體緩沖墊”是在動(dòng)靜環(huán)的任一密封面上從外緣沿徑向朝里開出凹槽或企口。其深度可以從千分之幾到0.125英寸（即3毫米） 　　在普通密封中，密封面是均勻的圓環(huán)形。在密封面上開槽后，就會(huì)在圓周方向由機(jī)械和溫度變化引起變形。在機(jī)械方面，由于開槽使密封端面的局部強(qiáng)度削弱了；在熱力方面，凹槽使熱量沿密封端面的圓周方向散失速率不同。這兩個(gè)因素造成密封端面發(fā)生波狀變形。由于液膜很薄，密封面上很小的變形都會(huì)對(duì)液膜的形成及穩(wěn)定性產(chǎn)生極大的影響。 　　波狀變形有助于液膜在密封端面間的延展。液膜厚度沿圓周方向的收縮與擴(kuò)展產(chǎn)生了一個(gè)使密封面分離的流體推開力。這個(gè)流體推力減小了密封面間的機(jī)械接觸，熱量產(chǎn)生及密封面磨損。流體推力的大小不僅與密封面的波狀變形而且與密封的操作特性和流體的物理特性有關(guān)。密封面之間的相對(duì)速度也是產(chǎn)生流體推力的一個(gè)重要因素。速度越大，流體推力越大。流體的特性，如比重，粘度，蒸汽壓，都會(huì)對(duì)液膜產(chǎn)生很大的影響。流體的比重和粘度越小，流體推力越小。由于以上特性，“液體緩沖墊”可以用于熱水，輕烴和氫氟酸等介質(zhì)。 　　在確定是否需要“液體緩沖墊”時(shí)應(yīng)考慮以下因素： 　　1） 汽化壓力： 密封腔的壓力低于液體的汽化壓力加上25 Psi （即1.7 Bar）時(shí)， 應(yīng)同時(shí)綜合考慮溫度的因素。 　　2） 壓差： 密封面內(nèi)外緣的壓差非常低或非常高（大于250 Psi 即17 Bar時(shí)），應(yīng)考慮采用“液體緩沖墊”型式。因?yàn)楫?dāng)流體的壓力很低時(shí)，液體的壓力無(wú)法克服作用在密封面上的彈簧力，難于在密封面上形成所需液膜。而當(dāng)流體的壓力很高時(shí)，密封面上的所受的液體閉合壓力也很高，同樣難于形成所需液膜。 　　3） 液體比重： 液體比重小于0.52。 　　目前，“液體緩沖墊”與“潤(rùn)滑槽”一樣，均為集裝式密封。Flowserve的 BAW 系列以及John Crane的 LASERFACE系列均為此密封型式。 [b]5 . 熱水工況用機(jī)械密封型式比較 [/b]　　用于熱水工況的機(jī)械密封型式比較見下表1。 　　表1 用于熱水工況的機(jī)械密封型式比較表 　　密封面型式 　　傳統(tǒng)機(jī)械密封 　　“潤(rùn)滑槽”機(jī)械密封 　　“液體緩沖墊”機(jī)械密封 　　密封面結(jié)構(gòu)型式 　　平面 　　在較軟的密封面上開閉合槽 　　在任意的密封面上開出朝外緣面開口的凹槽或企口 　　沖洗方案 　　API Plan 21、23、 32 　　API Plan 02、11 　　API Plan 02、11 　　冷卻水 　　需要 　　不需要 　　不需要 　　密封腔壓力Pc 　　無(wú)限制 　　Pc Pc17Bar 　　注：Pc – 密封腔壓力；Pv – 介質(zhì)的汽化壓力；△Pc – 密封面的內(nèi)外緣壓差。 [b]6. 應(yīng)用實(shí)例 [/b]　　在上海漕涇SECCO公司苯乙烯項(xiàng)目中，有一冷凝水泵的溫度是1170C，入口壓力為1.6 Bar，出口壓力為 7.2 Bar，密封腔壓力經(jīng)計(jì)算約為3.2 Bar，介質(zhì)的蒸汽壓為1.41 Bar，比重為0.951。 　　在原設(shè)計(jì)中，采用的是API plan 23 方案。該設(shè)計(jì)需要一套輔助管路系統(tǒng)、換熱器及其所需的0.7米3/小時(shí)的冷卻水消耗。我方與業(yè)主經(jīng)過認(rèn)真的研究和綜合比較后，決定采用“潤(rùn)滑槽”（ QB Lube ） 型機(jī)械密封，沖洗方案為API Plan 11。設(shè)備購(gòu)置費(fèi)可以節(jié)省約30％，運(yùn)行費(fèi)可以節(jié)省約6000元/年（僅冷卻水消耗）。 　　由于“潤(rùn)滑槽”型機(jī)械密封不需要冷卻水，避免了由于誤操作斷水而造成密封失效，以及因換熱器結(jié)垢而降低密封系統(tǒng)可靠性。此類密封型式已在歐洲和中東地區(qū)有了近40年的使用歷史。 　　除了在熱水工況中有許多的成功運(yùn)用外，“潤(rùn)滑槽”和“液體緩沖墊”密封已經(jīng)大量成功地運(yùn)用于一些特殊的工況，如：液化空氣，低溫液化氣，輕烴，氫氟酸等介質(zhì)。由于它在以上特殊的工況中部分替代了干氣密封的使用，而購(gòu)置成本與運(yùn)行成本，操作難度都大大低于干氣密封，相信將會(huì)有愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。