CN105351244B - 串联式干气密封装置及其在轻烃泵上的应用和使用方法 - Google Patents

Abstract

串联式干气密封装置及其在轻烃泵上的应用和使用方法，该串联式干气密封装置包括呈串联形式设置在泵轴和轴套之间的机械密封机构和干气密封机构，机械密封机构靠近介质侧设置，干气密封机构靠近大气侧设置。该串联式干气密封装置在轻烃泵上的应用主要应用在碳四或碳五的烃类物质的储运中，其在轻烃泵上的使用方法包括密封装配步骤、密封冲洗步骤和实现密封步骤。通过上述串联式干气密封装置使得密封效果有了双重保障，其应用在轻烃泵上能有效防止碳四或碳五的烃类物质大量外泄进入大气中，可以实现碳四碳五泵房内的输送介质零泄漏。其使用方法既能实现机泵安全稳定地运行，也能在机泵启动和正常运行的状态下密封安全和密封效果均得到保证。

Description

串联式干气密封装置及其在轻烃泵上的应用和使用方法

技术领域

本发明涉及化工轻烃产品密封的技术领域，具体涉及一种串联式干气密封装置及其在轻烃泵上的应用和使用方法。

背景技术

据统计，目前石油化工工艺装备中近70％～80％的泵配备有机械密封机构，该机构是减少泄漏、提高效率、降低能耗、决定机器设备的安全性及可靠性的关键零部件，因此其作用不可小觑。传统输送泵的机械密封结构采用双端面机械密封，这种密封形式可以合理地分配每个密封的两端压差，提高密封的工作压力范围，但结构较为复杂且体积较大，且存在产品泄漏的风险。

上述机械密封的具体原理为依靠波纹管或机封弹簧等形式的弹性原件提供弹力，克服动环辅助密封圈与轴之间的摩擦力，使动环紧密地贴合在静环的端面上，从而形成密封面，当主机充满压力介质并开始工作时，密封面会产生闭合力，使密封端面达到合理的比压，实现流体密封。但这种机械密封在刚开始投用时，静环和动环为接触式，若操作不当，极易在启动的瞬间损坏，造成泄漏。且此机械密封在工作过程中，由于机械作用或热力作用，动环、静环的端面会因为摩擦发生变形，从而使得密封面收缩形成缝隙，造成泄漏。另外，在机械冲洗液或泵送介质内的颗粒含量过大的情况下，也会使得密封面损坏，造成泄漏。泄漏一旦发生，不仅会影响设备的正常工作，严重时甚至会导致整个化工系统崩溃，并造成燃烧、爆炸、人身伤亡等恶性事故。因此，对上述机械密封进行改进保证密封效果是急需解决的一个重要问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种串联式干气密封装置，用于解决现有的烃类产品输送过程中，由于无法保障产品输送泵有效的密封，从而会造成罐区泄漏，不仅会影响设备的正常工作，还会造成恶性事故的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：串联式干气密封装置，包括呈串联形式设置的机械密封机构和干气密封机构，所述机械密封机构和所述干气密封机构设置在泵轴和轴套之间，所述机械密封机构靠近介质侧设置，所述干气密封机构靠近大气侧设置。

优选地，所述机械密封机构包括依次设置的第一压盖、第一传动件、第一动环、第一静环和第一静环座，所述第一压盖固定在所述泵轴上，所述第一传动件和所述第一动环均与所述泵轴的外表面抵接，所述第一传动件与所述第一压盖之间、所述第一动环与所述第一传动件之间均通过机封弹簧相连，所述第一动环与所述第一静环相对设置并距离一定间隙，所述第一静环设置在所述第一静环座上，所述第一静环座固定设置在所述轴套上，所述第一静环和所述第一静环座之间设置有机封弹簧，以实现传动；

与所述机械密封机构对应的轴套上开设有冲洗液入口和冲洗液出口。

进一步地，所述第一动环朝向所述第一静环的面为动环端面，所述第一静环朝向所述第一动环的面为静环端面，所述动环端面与所述静环端面之间的间隙为2～5um。

优选地，所述干气密封机构包括依次设置的第二压盖、第二传动件、第二动环、第二静环和第二静环座，所述第二压盖、第二传动件和第二动环为一体式结构，所述压盖固定在所述泵轴上，所述第二动环与所述第二静环相对设置，所述第二静环设置在所述第二静环座上，所述第二静环座固定在所述轴套上，所述第二静环和所述第二静环座之间设置有机封弹簧，以实现传动；

与所述干气密封机构对应的轴套上开设有密封气出口和密封气入口。

进一步地，所述密封气出口连接有火炬泄放系统。

相比于现有技术，本发明所述的串联式干气密封装置具有以下优势：该串联式干气密封装置包括呈串联形式设置的机械密封机构和干气密封机构，机械密封机构临近介质侧设置，形成的机械密封为主密封；干气密封机构临近大气侧设置，形成的干气密封为辅助安全密封。机泵中的工艺介质若有泄漏，首先进入机械密封区域中，当机械密封机构遭到损坏，泄漏的工艺介质则从机械密封区域进入干气密封区域中，此时干气密封机构起到主密封的作用。本发明中的密封形式采用机械密封和干气密封串联的形式，相比于传统的密封形式，本发明的密封作用有了双重保障，从而本发明的密封装置性能更可靠、泄漏量小，对于各种工艺介质均有较好的密封效果，避免在机械密封机构失效时，工艺介质泄漏进入大气中对人体或环境造成危害，最大程度地降低了产品的储运风险。

本发明的另一目的在于提供串联式干气密封装置在轻烃泵上的应用，以实现碳四或碳五的烃类物质在储运过程中的密封效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：串联式干气密封装置在轻烃泵上的应用，所述轻烃泵为立式筒袋泵，所述串联式干气密封装置装配在所述立式筒袋泵的密封腔座上，以实现立式筒袋泵的泵轴处的密封，所述立式筒袋泵用于储运碳四或碳五的烃类物质。

相对于现有技术，本发明所述的串联式干气密封装置在轻烃泵上的应用具有以下优势：由于碳四和碳五的烃类物质较纯净、固体杂质少，所以此串联式干气密封装置应用在装有碳四或碳五的烃类物质的立式筒袋泵上，减小了大颗粒杂质进入第一动环的端面和第一静环的端面的概率，不易损坏机械密封机构。另外，干气密封机构的设置又进一步减少了碳四或碳五向大气泄漏情况的发生，从而解决了烃类产品泄漏时整个产品泵房乃至产品罐区弥漫大量的易燃易爆介质，降低了产品的储运风险，使产品储运过程中的安全性得到了最大的提高。

本发明的另一目的在于提供串联式干气密封装置在轻烃泵上的使用方法，以实现并保证上述串联式干气密封装置在轻烃泵上的密封效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：串联式干气密封装置在轻烃泵上的使用方法包括如下步骤：S1：密封装配——将串联式干气密封装置套在泵轴上，向轻烃泵的密封腔推入并固定在轻烃泵的密封腔座上；

S2：密封冲洗——接通串联式干气密封装置上的冲洗液出口管路、冲洗液入口管路、密封气出口管路及密封气入口管路，并使得机械密封机构内充满冲洗液体，干气密封机构内充满密封气体；

S3：实现密封——启动机泵，泵轴旋转，以将轴向压力施加给密封装置，实现机械密封和干气密封。

优选地，所述步骤S2中干气密封机构中的密封冲洗方案采用plan72+75的密封冲洗方案。

相对于现有技术，本发明所述的串联式干气密封装置在轻烃泵上的使用方法具有以下优势：依次按照上述步骤的操作，既能实现机泵安全稳定地运行，也能在机泵启动和正常运行的状态下串联式干气密封装置的密封安全和密封效果得到保证。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1示出了本发明一种优选实施方式的串联式干气密封装置的结构示意图；

图2示出了装配有串联式干气密封装置的立式筒袋泵的结构示意图。

附图标记：

1-机械密封机构， 11-第一压盖，

12-第一传动件， 13-第一动环，

14-第一静环， 15-第一静环座，

16-冲洗液出口， 17-冲洗液入口，

18-机封弹簧， 2-干气密封机构，

21-第二压盖， 22-第二传动件，

23-第二动环， 24-第二静环，

25-第二静环座， 26-密封气出口，

27-密封气入口， 3-泵轴，

4-轴套， 5-立式筒袋泵，

6-串联式干气密封装置。

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本实施例提供一种串联式干气密封装置，包括呈串联形式设置的机械密封机构1和干气密封机构2，该机械密封机构1和该干气密封机构2设置在泵轴3和轴套4之间，该机械密封机构1靠近介质侧设置，该干气密封机构2靠近大气侧设置。其中，机械密封机构1为主密封，承受机泵带来的大部分压差，干气密封机构2为辅助安全密封，在较低的压差下工作，一般不产生磨损，处于理想的密封状态。介质侧内的工艺介质若有泄漏，则泄漏的介质首先进入机械密封机构1形成的机械密封区域中；若机械密封区域中的密封损坏，则泄漏到机械密封区域内的介质会进入干气密封机构2形成的干气密封区域中。因此，采用两种密封机构串联的形式，使得密封效果有了双重保障，有效防止机械密封机构1失效时，工艺介质大量外泄进入大气中。该密封装置性能可靠、泄漏量小，对于有毒的介质、对环境有污染的介质或易燃、易爆的介质均起到了较好的密封效果，符合各种强腐蚀的工艺介质、含固体颗粒的工艺介质等苛刻工况的密封要求，最大程度地降低了产品储运的风险。

上述机械密封机构1包括依次设置的第一压盖11、第一传动件12、第一动环13、第一静环14和第一静环座15，第一压盖11固定在泵轴3上，第一传动件12和第一动环13均与泵轴3的外表面抵接，第一传动件12与第一压盖11之间、第一动环13与第一传动件12之间均通过机封弹簧18相连，第一动环13与第一静环14相对设置并距离一定间隙，第一静环14设置在第一静环座15上，第一静环座15固定在轴套4上，第一静环14和第一静环座15通过机封弹簧18实现传动。

由于该机械密封机构1靠近介质侧设置，介质装载在泵体内，泵体内充满介质后，会朝向机械密封机构1产生轴向密封压力，轴向密封压力经机封弹簧18及第一传动件12的作用下引至第一动环13，第一动环13向第一静环14产生初始闭合力，从而使得第一动环13与第一静环14相抵接形成密封面，并在闭合力以及机封弹簧18和传动件的作用下，密封面达到合理的比压。第一静环座15朝向介质的区域形成机械密封区，用于容纳从泵体内泄漏的介质。

在机泵启动的状态下，泵轴3转动带动第一压盖11、第一传动件12及第一动环13一起转动，第一静环14及第一静环座15不动，难以控制的轴向密封引至第一动环13和第一静环14实现其密封。由于存在机械作用或热力作用，第一动环13和第一静环14之间可能会存在颗粒物质或发热，因此在机械密封机构1对应的轴套4上开设有冲洗液入口17和冲洗液出口16，用于外供冲洗液的输入与输出。该冲洗液可采用自来水。一方面，该冲洗液的进入可以带走第一动环13和第一静环14的温度，另一方面，该冲洗液的输入与输出还能带走第一动环13与第一静环14之间的颗粒物质，防止第一动环13和第一静环14变形损坏，提高了该机械密封机构1的使用寿命和稳定性，保证了其密封效果。

值得一提的是，上述第一动环13与第一静环14相对设置并距离一定间隙，该一定间隙在此表示为第一动环13的动环端面与第一静环14的静环端面之间的间隙。其中，动环端面为第一动环13朝向第一静环14的面，静环端面为第一静环14朝向第一动环13的面，由于本实施例中的串联式干气密封装置6应用在碳四或碳五等轻烃的储运中，工艺介质内所含的杂质颗粒物少且颗粒直径较小，因此第一动环13的动环端面与第一静环14的静环端面之间的间隙设定为2～5um。

上述干气密封机构2包括依次设置的第二压盖21、第二传动件22、第二动环23、第二静环24和第二静环座25，第二压盖21、第二传动件22和第二动环23为一体式结构，且压盖固定在泵轴3上，第二动环23与第二静环24相对设置，第二静环24设置在第二静环座25上，第二静环24和第二静环座25通过机封弹簧18传动，第二静环座25固定在轴套4上。在第二动环23与第二静环24形成密封面后，第二静环座25朝向机械密封机构1的区域形成干气密封区，用于容纳从机械密封区中泄漏出的介质。

干气密封机构2对应的轴套4上开设有密封气出口26和密封气入口27，用于密封气的输入与输出。在密封气的作用下，上述第二动环23与第二静环24形成的密封面能产生流体动压的效应，形成具有极高刚度的气膜，由气膜作用力形成的开启力与机封弹簧18和工艺介质作用形成的闭合力达到平衡，使动环端面和静环端面在非接触的状态下实现密封。

上述密封气一般选用干净、干燥的氮气，当然也可选用其他惰性气体。为了使密封气顺利进入干气密封区域中，密封气的输入压力大于该处介质压力0.5～0.7bar。大量密封气进入干气密封区域后，首先它能对从机械密封端面漏出的微量工艺介质起到的稀释的作用，其次它也能携带泄漏的工艺介质从密封气出口26安全排放。

本实施例中的串联式干气密封装置6在机械密封机构1失效的情况下，干气密封机构2可起到主密封的效果，防止工艺介质外泄进入大气中对人体或环境造成危害。且由于干气密封机构2需要适当的背压才能形成长期理想地运行，因此该干气密封机构2的设置也相对地降低了机械密封机构1所承受的压差，防止机械密封的压力过大致使密封面有损。

为了进一步确保在密封装置故障时泄漏的工艺介质不会进入大气中，且为了处理此泄漏的工艺介质，在密封气出口26还外接有火炬泄放系统(图中未示出)。该火炬泄放系统包括泄漏收集罐和火炬室，在密封装置故障时，泄漏到干气密封区域中的大量工艺介质随密封气一起被排入到火炬泄放系统中，经分离后的固液杂质储存在泄漏收集罐中，气体则随管道进入火炬室内。进一步有效避免大量或高浓度的工艺介质进入大气中造成中毒、燃烧或爆炸等事故的发生，以及影响后续工序正常运行的问题。当然，若泄漏的工艺介质全为气体，则在火炬泄放系统中可省略泄漏收集罐的设置。

此外，本发明的实施例还提供串联式干气密封装置6在轻烃泵上的应用。如图2所示，本实施例中采用的轻烃泵为立式筒袋泵5，上述串联式干气密封装置6装配在立式筒袋泵5的密封腔座上，以实现立式筒袋泵5的泵轴3处的密封，上述立式筒袋泵5用于储运碳四或碳五的烃类物质。

立式筒袋泵5是一种用来输送石油或化工中的低温、易汽化的清洁或稍有污染的液体以及化学中性或有腐蚀性的液体的输送泵。该类型的机泵具有性能范围广泛、流量均匀、结构简单、对故障具有相对低的敏感性和维修方便等优势，因此在轻烃的输送过程中受到广泛的应用，属于现有技术，故其具体结构在此不再详述。该立式筒袋泵5中泵轴3的一端位于立式筒袋泵5的机泵容腔内部，泵轴3的另一端伸出立式筒袋泵5的机泵容腔设置。该泵轴3的轴封采用上述串联式干气密封装置6。

本实施例中的装配有串联式干气密封装置6的立式筒袋泵5用来对碳四或碳五的烃类物质进行储运。其中，碳四是指分子式中具有四个碳的烷烃或烯烃的碳氢化合物，且其是一种易燃、无色，容易被液化的气体，与空气混合能形成爆炸混合物。碳五是指分子式中具有五个碳的烷烃或烯烃的碳氢化合物，且其在受热或光照的情况下是一种易燃易爆的的气体。

上述串联式干气密封装置6应用在碳四或碳五的储运中，由于碳四或碳五的烃类物质中固体杂质含量少，其不易对机械密封机构1造成损坏，因此所采用的通入机械密封机构1内的冲洗液的流量和压力均相对于传统的机械密封机构1应用在石油储运过程中冲洗液的流量和压力有所减小，即将串联式干气密封装置6应用在碳四或碳五的储运中还能起到节省冲洗液用量的目的。

通过上述分析可知，采用此串联式干气密封装置6能最大程度地减少碳四或碳五泄漏情况的发生，且由于碳四、碳五为易燃易爆的气体，在密封装置故障时，将其排放到火炬泄放系统中进行燃烧，进一步解决了烃类产品泄漏时整个产品泵房乃至产品罐区弥漫大量的易燃易爆介质，降低了产品的储运风险，使产品储运过程中的安全性得到了最大的提高。

本发明的实施例还提供串联式干气密封装置6在轻烃泵上的使用方法，包括密封装配步骤S1、密封冲洗步骤S2和实现密封步骤S3，具体操作过程如下。密封装配步骤S1是指将串联式干气密封装置6套在泵轴3上，向轻烃泵的密封腔推入并固定在轻烃泵的密封腔座上；密封冲洗步骤S2是指接通串联式干气密封装置6上的冲洗液出口16管路、冲洗液入口17管路、密封气出口26管路及密封气入口27管路，并使得机械密封机构1内充满冲洗液体，干气密封机构2内充满密封气体，需保证串联式干气密封装置6中的空气均被排出，且机械密封机构1内的封液压力至少高于介质压力0.14MPa；实现密封步骤S3是指向轻烃泵中灌装工艺介质后启动轻烃泵，泵轴3旋转，将轴向密封压力施加给串联式干气密封装置6，实现机械密封和干气密封。依次按照上述步骤的操作，既能实现机泵安全稳定地运行，也能在机泵启动和正常运行的状态下串联式干气密封装置6的密封安全和密封效果均得到保证。

进一步，为了防止机械密封机构1在冲洗液的作用下被冲变形，可在冲洗液入口17管路中增设有节流孔板。

另外，上述使用方法中，步骤S2中干气密封机构2内的密封冲洗方案采用plan72+75的方案。其中plan72密封冲洗方案是指缓冲气吹扫系统方案，在缓冲气的吹扫过程中稀释排放物，其一般用于无压或串联式干抑制密封中，且适用于对泵送流体向大气泄漏有严格限制的场合。本实施例中的缓冲气即为密封气，密封气进入干气密封区域中实现吹扫的功能。plan75的密封冲洗方案是指泄漏气、液排放系统方案，用于泄漏物中有液体成分存在情况下。plan75的具体操作为对密封进行监控，收集泄漏物，并对气、液进行分离后排放。在本实施例中即为将从干气密封机构2的密封气出口26输出的物质排放到火炬泄放系统中，通过泄漏收集罐收集排放的液体物质，排放的气体物质则进入火炬室中。

当然，除了上述密封冲洗方案外，若在泄漏物中不存在液体物质的情况下，干气密封机构2还可采用plan72+76的密封冲洗方案，其中plan76的密封冲洗方案是指直接对泄漏物进行排放，即在本实施例中将泄漏物直接输入火炬室，不设置泄漏收集罐，即不需对泄漏物进行气液分离。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。

Claims (6)

1.串联式干气密封装置，其特征在于，包括呈串联形式设置的机械密封机构(1)和干气密封机构(2)，所述机械密封机构(1)和所述干气密封机构(2)设置在泵轴(3)和轴套(4)之间，

所述机械密封机构(1)靠近介质侧设置，所述干气密封机构(2)靠近大气侧设置；

所述机械密封机构(1)包括依次设置的第一压盖(11)、第一传动件(12)、第一动环(13)、第一静环(14)和第一静环座(15)，所述第一压盖(11)固定在所述泵轴(3)上，所述第一传动件(12)和所述第一动环(13)均与所述泵轴(3)的外表面抵接，所述第一传动件(12)与所述第一压盖(11)之间、所述第一动环(13)与所述第一传动件(12)之间均通过机封弹簧(18)相连，所述第一动环(13)与所述第一静环(14)相对设置并距离一定间隙，所述第一静环(14)设置在所述第一静环座(15)上，所述第一静环座(15)固定设置在所述轴套(4)上，所述第一静环(14)和所述第一静环座(15)之间设置有机封弹簧(18)，以实现传动；

与所述机械密封机构(1)对应的轴套(4)上开设有冲洗液入口(17)和冲洗液出口(16)。

2.根据权利要求1所述的串联式干气密封装置，其特征在于，所述第一动环(13)朝向所述第一静环(14)的面为动环端面，所述第一静环(14)朝向所述第一动环(13)的面为静环端面，所述动环端面与所述静环端面之间的一定间隙为2～5um。

3.根据权利要求1～2中任意一项所述的串联式干气密封装置，其特征在于，所述干气密封机构(2)包括依次设置的第二压盖(21)、第二传动件(22)、第二动环(23)、第二静环(24)和第二静环座(25)，所述第二压盖(21)、第二传动件(22)和第二动环(23)为一体式结构，所述第二压盖(21)固定在所述泵轴(3)上，所述第二动环(23)与所述第二静环(24)相对设置，所述第二静环(24)设置在所述第二静环座(25)上，所述第二静环座(25)固定在所述轴套(4)上，所述第二静环(24)和所述第二静环座(25)之间设置有机封弹簧(18)，以实现传动；

与所述干气密封机构(2)对应的轴套(4)上开设有密封气出口(26)和密封气入口(27)。

4.根据权利要求3所述的串联式干气密封装置，其特征在于，所述密封气出口(26)连接有火炬泄放系统，所述火炬泄放系统包括泄漏收集罐和火炬室，泄漏到所述干气密封机构中的工艺介质排入所述火炬泄放系统中，所述工艺介质中的固液杂质储存在所述泄漏收集罐中，所述工艺介质中的气体进入火炬室内。

5.权利要求1～4中任意一项所述的串联式干气密封装置在轻烃泵上的应用，其特征在于，所述轻烃泵为立式筒袋泵(5)，所述串联式干气密封装置(6)装配在所述立式筒袋泵(5)的密封腔座上，以实现立式筒袋泵(5)的泵轴(3)处的密封，所述立式筒袋泵(5)用于储运碳四或碳五的烃类物质。

6.权利要求1～4中任意一项所述的串联式干气密封装置在轻烃泵上的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：密封装配——将串联式干气密封装置(6)套在泵轴(3)上，向轻烃泵的密封腔推入并固定在轻烃泵的密封腔座上；

S2：密封冲洗——接通串联式干气密封装置(6)上的冲洗液出口(16)管路、冲洗液入口(17)管路、密封气出口(26)管路及密封气入口(27)管路，并使得机械密封机构(1)内充满冲洗液体，干气密封机构(2)内充满密封气体；

S3：实现密封——向轻烃泵中灌装工艺介质后启动轻烃泵，泵轴(3)旋转，将轴向压力施加给串联式干气密封装置(6)，实现机械密封和干气密封。