合理的机封选型防止环境污染
摘要：通过对常用的机械密封冲洗系统结构和应用场合的分析，选用合适的密封及冲洗系统，提高危险介质机泵运行的可靠性，避免介质泄露对环境造成危害。合理选择机械密封及其冲洗系统可以保证机泵长周期、稳定、连续的运行，反之会造成密封泄露，不仅影响环境，还会造成火灾、中毒、爆炸甚至是人身伤亡事故。热油泵、轻烃泵及有毒有害介质泵是石油化工行业常见的危险介质机泵，这类机泵密封和冲洗系统的选型应引起高度重视。
关键词：机械密封；双密封；高危介质；环境保护
中图分类号：X3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0075-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.033
Abstract： through the analysis of the mechanical seal flushing system structure and application， selection of suitable sealing and flushing system， improve the reliability of dangerous medium pump operation， avoid medium leakage caused harm to the environment. Reasonable selection of mechanical seal and flushing system can ensure the pump long cycle， stable and continuous operation， and will cause the seal leakage， not only affects the environment， but also cause fire， explosion， poisoning and even casualties. Hot oil pump， light hydrocarbon pump and poisonous and harmful medium pump are common dangerous medium pumps in petrochemical industry. The selection of sealing and washing system of pump and pump should be paid more attention to.
Key words：Mechanical seal；Double seal；High risk medium；Environmental protection
機泵是石油化工企业内的主要设备，各种物料的输送及增压都要用到机泵。密封作为机泵的重要部件之一，其主要作用是防止泵内介质向外界泄露。由于早期机泵的密封选型标准低、易泄露，存在严重的安全和环境污染隐患。国内石油化工企业因机泵密封泄露而引发的事故层出不穷，火灾、爆炸、中毒、环境污染等事故严重威胁着装置的安全生产与正常运行。[1]
1 危险介质泵的分类及其危害
石油化工企业最常接触到的危险介质泵有以下三类：
（1）高温热油泵
输送介质最高运行温度大于或等于其自燃点或介质温度大于200℃。
例如：蒸馏装置的侧线泵、减底泵、常底泵和初底泵。
（2）轻烃泵
输送介质在大气压力下，非常容易挥发的烃类物质，一般是指C5或更轻的烃类物质的单体或其混合物。
例如：蒸馏装置的初顶油泵、常顶回流泵。
（3）有毒有害介质泵
在其生产、使用或处置的任何阶段，都具有对人、其他生物或环境带来潜在危害特性的物质，包括：苯、甲苯和二甲苯、多乙苯、苯乙烯、硫化氢、氯气、二氧化硫、甲醇等。一般输送的介质中含有毒有害介质成分时，也划分为有毒有害介质泵。
有毒有害介质是不允许泄露至大气中的，即便是有微量的泄露若被人吸入后也会造成中毒、麻痹或者患病的后果。
2 机泵密封的分类
密封是一种旋转机械的轴封装置，它阻止了泵内介质通过泵轴向大气泄露。常用的密封装置分为填料密封和机械密封。填料密封是在泵轴和泵壳之间塞入填料，并把填料压紧，以实现密封的原理。这类密封的结构简单、成本低、维护方便，但是存在密封效果差的缺点，不能用在危险介质机泵上的。[2]
机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封常常被简称为“机封”。由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在有旋转轴设备的最主要的轴密封方式。机封也被称为“端面密封”。[3]
3 常用机封的介绍
在石油化工厂常用的机封有单端面密封和双端面密封。
单端面密封只有一对摩擦副形成密封，这类机封因为缺少必要的泄露保护措施常用在普通流体泵上。
双端面密封即有两对摩擦副形成密封，这就相当于有双重保护措施，即便是内侧机封泄露，泄露的介质也只是存在两个机封之间的密封腔内，外侧机封能阻止介质向大气泄露。对于双端面机封根据两个密封之间压力的大小又分为有压双端面和无压双端面机封。有压双端面机封的两个密封之间的压力比密封腔的压力高。这种机封一旦内侧机封发生泄露，泵内介质不会外露，只是白油漏入泵内，这种机封使用前提是允许泵送介质混入少量的工业白油，如原料油泵等。
无压双端面密封的两个密封之间的压力比密封腔的压力低。这种机封一旦内侧机封发生泄露，泵内后漏入两道机封之间的腔，这种机封常用于不允许泵送介质混入任何其他物质，如成品油泵等。
双端面机封一般配置有辅助系统，辅助系统由白油罐、冷却罐、泵送环和监测仪表等组成。
常用的机封还有一种是干气密封，它也是双机封，只不过是在机封密封腔内冲入氮气，靠气体来密封介质，这种机封常用于轻烃泵，一旦内侧机封泄露气化的轻烃可以排入火炬管网。
4 机封及辅助系统的选型要点
4.1 机封及其布置方式的分类
常用的机封标准中密封共有三种型式：
A型密封：内置、平衡、集装式推环机械密封。标准密封的弹性元件为多弹簧旋转式，辅助密封元件为O型圈；
B型密封：内置、平衡、集装式波纹管机械密封。标准密封的弹性元件为旋转式，辅助密封元件为O型圈；
C型密封：内置、平衡、集装式金属波纹管机械密封。标准密封的弹性元件为静止式，辅助密封元件为柔性石墨；
A型和B型密封的工作温度是176℃，C型密封的工作温度可达400℃。
机械密封的布置方式分三种：
布置方式1：单密封；
布置方式2：双密封，两密封间的压力小于密封腔的压力；
布置方式3：双密封，利用了压力高于密封腔内压力的阻塞液体；
4.2 常用机封冲洗方案和辅助系统的介绍
常用的密封冲洗方案和辅助系统主要有：
PL11：这是清洁介质常用的冲洗方案，将介质从泵出口送至密封腔内，为密封提供冷却和从密封腔排气。冲洗液从密封空腔返回至泵内。
PL21：用于清洁高温介质的冲洗方案，冲洗流程同PL11，只是在冲洗管路中增加了冷却器，用来降低冲洗介质的温度。
PL32：用于泵送介质含杂质的工况，采用外接冲洗液进行冲洗和冷却。
PL52：用于无压双密封系统（布置方案2），适用于清洁轻质介质。由双密封及注入其中的缓冲液组成，在密封储罐内装有缓冲液体，密封储罐出口与排气系统相连，内侧密封泄露的结果是介质进入缓冲液体中，在密封储罐上设置液位及压力报警开关，可有效监测内密封的泄露情况。
PL72：用于无压双密封系统，适用于清洁杂质的工况。由双密封及缓冲气组成。低压气体用来稀释内部密封的微量泄露，系统设置流量开关和压力开关用来监测气源及泄露状况。
PL76：常与PL72系统配合使用，用于将缓冲气体排至密闭系统。该系统设置节流孔板和压力开关用来监测主密封的泄露。
机封选型时应该根据工况条件选用合理的辅助系统。
5 危险介质泵机封的选型指导
以下是危险介质泵的选型指导方法。
（1）高温热油泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
高温热油泵的密封一般选择面对背的无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CW（液体缓冲的双机封），弹性元件采用耐高温波纹管。磨擦副配对材料选用低摩擦热、传热性好的材質。
高温热油泵的冲洗方案若介质清洁且润滑性好则采用PL21。若泵送介质性质特殊不适宜冲洗机封则可采用PL32。
辅助系统采用PL52或PL53。储液罐采用细长型，。储液罐应能承受介质的温度和压力。该系统设置：液位指示、压力指示、温度指示，高低液位报警开关、高压力报警开关；
高温热油泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL21+52（53）、PL32+52（53）。
（2）轻烃泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
轻烃泵的密封一般选择无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CS或2CW-CS（气体缓冲的双机封），弹性元件采用标准弹簧。磨擦副配对材料选用低摩擦热、传热性好的材质。对于输送高硫化氢含量介质的密封，辅助密封元件采用全氟醚橡胶。
轻烃泵的冲洗方案一般选用PL11。辅助系统采用PL72+76。该系统设置：流量指示、压力指示，低流量报警开关、高压力报警开关、低压力报警开关；
轻烃泵也可采用PL52辅助系统，其要求与高温热油泵的辅助系统相同。
轻烃泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。
（3）有毒有害介质泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
有毒有害介质泵的密封选择面对背的无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CW，弹性元件根据介质温度采用弹簧或耐高温波纹管。
有毒有害介质泵的冲洗方案根据介质情况可选PL11、PL21等。辅助系统常采用PL52。储液罐应能承受介质的温度和压力。该系统设置：液位指示、压力指示、温度指示，高低液位报警开关、高压力报警开关；
有毒有害介质泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。
6 结束语
机械密封在机泵用轴封中占据举足轻重的地位。据日本对石油化工企业灾害事故的统计，在化工装置发生的786起事故中，约有332起是由泄露引起的。发生在印度博帕尔市美国联合碳化物公司农药厂的异氰酸钾毒气泄露造成了灾难性的后果。[4]
所以，机封的选型应引起工程设计人员和使用单位的高度重视，合理的机封选型不仅是安全生产的前提，也是环境保护、节能降耗的保证。
参考文献
[1] 薛敦松.石油化工厂设备检修手册《泵》-2版 [M]. 北京：中国石化出版社，2007.
[2]郝木明.机械密封技术及应用[M]. 北京中国石化出版社，2010.
[3]全国化工设备技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M]. 北京：化学工业出版社，1998.
[4]郝木明.机械密封技术及应用[M]. 北京：中国石化出版社，2010.
作者简介：李赛飞（1981-），男，本科，工程师。
关键词：机械密封；双密封；高危介质；环境保护
中图分类号：X3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0075-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.033
Abstract： through the analysis of the mechanical seal flushing system structure and application， selection of suitable sealing and flushing system， improve the reliability of dangerous medium pump operation， avoid medium leakage caused harm to the environment. Reasonable selection of mechanical seal and flushing system can ensure the pump long cycle， stable and continuous operation， and will cause the seal leakage， not only affects the environment， but also cause fire， explosion， poisoning and even casualties. Hot oil pump， light hydrocarbon pump and poisonous and harmful medium pump are common dangerous medium pumps in petrochemical industry. The selection of sealing and washing system of pump and pump should be paid more attention to.
Key words：Mechanical seal；Double seal；High risk medium；Environmental protection
機泵是石油化工企业内的主要设备，各种物料的输送及增压都要用到机泵。密封作为机泵的重要部件之一，其主要作用是防止泵内介质向外界泄露。由于早期机泵的密封选型标准低、易泄露，存在严重的安全和环境污染隐患。国内石油化工企业因机泵密封泄露而引发的事故层出不穷，火灾、爆炸、中毒、环境污染等事故严重威胁着装置的安全生产与正常运行。[1]
1 危险介质泵的分类及其危害
石油化工企业最常接触到的危险介质泵有以下三类：
（1）高温热油泵
输送介质最高运行温度大于或等于其自燃点或介质温度大于200℃。
例如：蒸馏装置的侧线泵、减底泵、常底泵和初底泵。
（2）轻烃泵
输送介质在大气压力下，非常容易挥发的烃类物质，一般是指C5或更轻的烃类物质的单体或其混合物。
例如：蒸馏装置的初顶油泵、常顶回流泵。
（3）有毒有害介质泵
在其生产、使用或处置的任何阶段，都具有对人、其他生物或环境带来潜在危害特性的物质，包括：苯、甲苯和二甲苯、多乙苯、苯乙烯、硫化氢、氯气、二氧化硫、甲醇等。一般输送的介质中含有毒有害介质成分时，也划分为有毒有害介质泵。
有毒有害介质是不允许泄露至大气中的，即便是有微量的泄露若被人吸入后也会造成中毒、麻痹或者患病的后果。
2 机泵密封的分类
密封是一种旋转机械的轴封装置，它阻止了泵内介质通过泵轴向大气泄露。常用的密封装置分为填料密封和机械密封。填料密封是在泵轴和泵壳之间塞入填料，并把填料压紧，以实现密封的原理。这类密封的结构简单、成本低、维护方便，但是存在密封效果差的缺点，不能用在危险介质机泵上的。[2]
机械密封是指由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封常常被简称为“机封”。由于机械密封具有泄漏量少和寿命长等优点，所以当今世界上机械密封是在有旋转轴设备的最主要的轴密封方式。机封也被称为“端面密封”。[3]
3 常用机封的介绍
在石油化工厂常用的机封有单端面密封和双端面密封。
单端面密封只有一对摩擦副形成密封，这类机封因为缺少必要的泄露保护措施常用在普通流体泵上。
双端面密封即有两对摩擦副形成密封，这就相当于有双重保护措施，即便是内侧机封泄露，泄露的介质也只是存在两个机封之间的密封腔内，外侧机封能阻止介质向大气泄露。对于双端面机封根据两个密封之间压力的大小又分为有压双端面和无压双端面机封。有压双端面机封的两个密封之间的压力比密封腔的压力高。这种机封一旦内侧机封发生泄露，泵内介质不会外露，只是白油漏入泵内，这种机封使用前提是允许泵送介质混入少量的工业白油，如原料油泵等。
无压双端面密封的两个密封之间的压力比密封腔的压力低。这种机封一旦内侧机封发生泄露，泵内后漏入两道机封之间的腔，这种机封常用于不允许泵送介质混入任何其他物质，如成品油泵等。
双端面机封一般配置有辅助系统，辅助系统由白油罐、冷却罐、泵送环和监测仪表等组成。
常用的机封还有一种是干气密封，它也是双机封，只不过是在机封密封腔内冲入氮气，靠气体来密封介质，这种机封常用于轻烃泵，一旦内侧机封泄露气化的轻烃可以排入火炬管网。
4 机封及辅助系统的选型要点
4.1 机封及其布置方式的分类
常用的机封标准中密封共有三种型式：
A型密封：内置、平衡、集装式推环机械密封。标准密封的弹性元件为多弹簧旋转式，辅助密封元件为O型圈；
B型密封：内置、平衡、集装式波纹管机械密封。标准密封的弹性元件为旋转式，辅助密封元件为O型圈；
C型密封：内置、平衡、集装式金属波纹管机械密封。标准密封的弹性元件为静止式，辅助密封元件为柔性石墨；
A型和B型密封的工作温度是176℃，C型密封的工作温度可达400℃。
机械密封的布置方式分三种：
布置方式1：单密封；
布置方式2：双密封，两密封间的压力小于密封腔的压力；
布置方式3：双密封，利用了压力高于密封腔内压力的阻塞液体；
4.2 常用机封冲洗方案和辅助系统的介绍
常用的密封冲洗方案和辅助系统主要有：
PL11：这是清洁介质常用的冲洗方案，将介质从泵出口送至密封腔内，为密封提供冷却和从密封腔排气。冲洗液从密封空腔返回至泵内。
PL21：用于清洁高温介质的冲洗方案，冲洗流程同PL11，只是在冲洗管路中增加了冷却器，用来降低冲洗介质的温度。
PL32：用于泵送介质含杂质的工况，采用外接冲洗液进行冲洗和冷却。
PL52：用于无压双密封系统（布置方案2），适用于清洁轻质介质。由双密封及注入其中的缓冲液组成，在密封储罐内装有缓冲液体，密封储罐出口与排气系统相连，内侧密封泄露的结果是介质进入缓冲液体中，在密封储罐上设置液位及压力报警开关，可有效监测内密封的泄露情况。
PL72：用于无压双密封系统，适用于清洁杂质的工况。由双密封及缓冲气组成。低压气体用来稀释内部密封的微量泄露，系统设置流量开关和压力开关用来监测气源及泄露状况。
PL76：常与PL72系统配合使用，用于将缓冲气体排至密闭系统。该系统设置节流孔板和压力开关用来监测主密封的泄露。
机封选型时应该根据工况条件选用合理的辅助系统。
5 危险介质泵机封的选型指导
以下是危险介质泵的选型指导方法。
（1）高温热油泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
高温热油泵的密封一般选择面对背的无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CW（液体缓冲的双机封），弹性元件采用耐高温波纹管。磨擦副配对材料选用低摩擦热、传热性好的材質。
高温热油泵的冲洗方案若介质清洁且润滑性好则采用PL21。若泵送介质性质特殊不适宜冲洗机封则可采用PL32。
辅助系统采用PL52或PL53。储液罐采用细长型，。储液罐应能承受介质的温度和压力。该系统设置：液位指示、压力指示、温度指示，高低液位报警开关、高压力报警开关；
高温热油泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL21+52（53）、PL32+52（53）。
（2）轻烃泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
轻烃泵的密封一般选择无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CS或2CW-CS（气体缓冲的双机封），弹性元件采用标准弹簧。磨擦副配对材料选用低摩擦热、传热性好的材质。对于输送高硫化氢含量介质的密封，辅助密封元件采用全氟醚橡胶。
轻烃泵的冲洗方案一般选用PL11。辅助系统采用PL72+76。该系统设置：流量指示、压力指示，低流量报警开关、高压力报警开关、低压力报警开关；
轻烃泵也可采用PL52辅助系统，其要求与高温热油泵的辅助系统相同。
轻烃泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。
（3）有毒有害介质泵密封和辅助系统的选型设计原则如下：
有毒有害介质泵的密封选择面对背的无压串联密封（布置方式2），密封布置方案选用2CW-CW，弹性元件根据介质温度采用弹簧或耐高温波纹管。
有毒有害介质泵的冲洗方案根据介质情况可选PL11、PL21等。辅助系统常采用PL52。储液罐应能承受介质的温度和压力。该系统设置：液位指示、压力指示、温度指示，高低液位报警开关、高压力报警开关；
有毒有害介质泵的冲洗系统和辅助系统常用的备选方案有：PL11（21）+52（53）、PL11（21）+72+76。
6 结束语
机械密封在机泵用轴封中占据举足轻重的地位。据日本对石油化工企业灾害事故的统计，在化工装置发生的786起事故中，约有332起是由泄露引起的。发生在印度博帕尔市美国联合碳化物公司农药厂的异氰酸钾毒气泄露造成了灾难性的后果。[4]
所以，机封的选型应引起工程设计人员和使用单位的高度重视，合理的机封选型不仅是安全生产的前提，也是环境保护、节能降耗的保证。
参考文献
[1] 薛敦松.石油化工厂设备检修手册《泵》-2版 [M]. 北京：中国石化出版社，2007.
[2]郝木明.机械密封技术及应用[M]. 北京中国石化出版社，2010.
[3]全国化工设备技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M]. 北京：化学工业出版社，1998.
[4]郝木明.机械密封技术及应用[M]. 北京：中国石化出版社，2010.
作者简介：李赛飞（1981-），男，本科，工程师。
