于业明_带压双密封的应用与压力设定

1、 John Crane加压双密封的应用与压力设定加压双密封的应用与压力设定约翰克兰科技（天津）有限公司约翰克兰科技（天津）有限公司 总工程师总工程师 于业明于业明 2011 年年 10 月月 John Crane 内容介绍内容介绍加压双封的应用条件封液的选择封液泄漏体积和补液间隔时间的计算封液系统压力的设定加压双密封的应用与压力设定加压双密封的应用与压力设定 John Crane 加压双封的应用条件加压双封的应用条件lH2S 浓度超过浓度超过 1000 ppm John Crane 不加压双封的优点不加压双封的优点 John CraneQuestions to ask the customer

2、要向用户提出的问题要向用户提出的问题Heat dissipation required必需的热消散，现场冷却水状况Temperatures- in, out, ambient 温度-进、出、周围环境Fluid characteristics - specific gravity, specific heat, viscosity （介质、隔离液）流体特征-比重、比热、黏度现场压力气源条件是否具备远传报警条件Process pressure工艺压力What specifications apply有什么应用规范Power supply and area electrical classifica

3、tion 电源和电器区域分类 John CranenSafe to use, handle, store 使用，保存，处理安全使用，保存，处理安全nStable liquid at ambient temperatures 常温下稳定的液体常温下稳定的液体nNot a VOC, VHAP or other regulated compound非非VOC，VHAPnNon flammable 不易燃不易燃 或其他被管制的混合物或其他被管制的混合物nNon foaming when pressurized 被加压时无泡沫被加压时无泡沫nClean and good lubricity 干净，润滑性

4、好干净，润滑性好nCompatible with process fluid 和工艺流体兼容和工艺流体兼容nCompatible with seal materials 和密封材料兼容和密封材料兼容nGood heat transfer properties 热交换性能好热交换性能好nGood flow qualities at very low temperatures 低温流动性好低温流动性好nLow solubility of gas 对气体的低溶解性对气体的低溶解性nLocal availability 当地可以获得当地可以获得nLow cost 低成本低成本VOC : Volatil

5、e Organic Compound 挥发性有机化合物挥发性有机化合物VHAP : Volatile Hazardous Air Pollutants 挥发性有害气体污染物挥发性有害气体污染物How To Select Buffer / Barrier Fluid ? John Cranen The fluid should have an initial boiling point at least 10 C (50F)above the temperature to which they will be exposed.流体的沸点至少高于工作温度流体的沸点至少高于工作温度10 C n Ha

6、ve a flash point higher than the service temperature if oxygen is present. 在有氧环境中流体的闪点要高于工作温度在有氧环境中流体的闪点要高于工作温度n For service above 10C (50F), hydrocarbon barrier fluids having a viscosity below 100 cSt * at 38C (100F) and between 1 and 10 cSt at 100C (212F) have good experience. 在在38C时流体黏度应小于时流体黏度应小

7、于100cst，在，在100C时流体黏度应在时流体黏度应在110cst之间之间n The viscosity should be less than 500 cSt * at the minimum temperature to which it is exposed.流体在最低温度下的黏度应低于流体在最低温度下的黏度应低于500Centistokes(动力黏度）动力黏度）n For hydrocarbon streams, paraffinic based high purity oils having little or no additives for wear/oxidation re

8、sistance or synthetic based oils have been used successfully. 含有很少或不含抗氧、抗磨添加剂的石蜡基高纯油或合成油都有成功使用的经验含有很少或不含抗氧、抗磨添加剂的石蜡基高纯油或合成油都有成功使用的经验 n Anti-wear/oxidation resistant additives in commercial turbine oils have been known to plate out on seal faces.含有抗磨剂和抗氧化剂的透平油会在密封面上结膜含有抗磨剂和抗氧化剂的透平油会在密封面上结膜API 682 gui

9、des : How To Select Buffer / Barrier Fluid ? John Crane怎样选择隔离液？怎样选择隔离液？ John Crane封液泄漏体积和补液间隔时间的计算u轻烃工况中隔离液经常使用7#10#白油， sg. =0.870.9 高温油工况隔离液推荐使用Therminal55导热油，sg. =0.875（在60）u加压双封隔离液每天最大正常泄漏量：24*2*5.6/1000sg. =0.31Lu低压报警压力大于介质压力10%且不小于1Bar（考虑开关精度）u隔离液压力大于报警压力10%且不小于1Bar （考虑开关死区精度、现场气源条件、密封的PV值极限） A

10、PI Plan 53A 现场具备压力气源现场具备压力气源 John Crane封液泄漏体积和补液间隔时间的计算u3加仑封液罐补液间隔时间： 标准液位至报警液位容积(Sch10):1.58*1.62*/4=3.18L 气室容积 (Sch10):0.139*1.63+1.68*1.62*/4=3.95L （补液间隔可略大于10天） 标准液位至报警液位容积(Sch40):1.58*1.562*/4=3L 气室容积 (Sch40): 0.139*1563+1.69*1.562*/4=3.75Lu5加仑封液罐补液间隔时间 标准液位至报警液位容积(Sch10):1.57*2.112*/4=5.5L 气室容

11、积 (Sch10):0.139*2.113+0.99*2.112*/4=4.77L 标准液位至报警液位容积 (Sch40): 1.515*2.032*/4=4.9L 气室容积 (Sch40): 0.139*2.033+1.565*2.032*/4=6.23LAPI Plan 53A 现场具备压力气源现场具备压力气源 John Crane封液泄漏体积和补液间隔时间的计算API Plan 53A 现场不具备压力气源可以吗？现场不具备压力气源可以吗？u参考参考Plan53B的隔离液压力设定，不考虑蓄能器预充压力。的隔离液压力设定，不考虑蓄能器预充压力。u加压后关闭充压阀门加压后关闭充压阀门u补液间隔

12、时间取决于封液罐的补液容积和气室设定压力。补液间隔时间取决于封液罐的补液容积和气室设定压力。 3加仑封液罐补液间隔时间： 标准液位至报警液位容积(Sch10):1.58*1.62*/4=3.18L 气室容积 (Sch10):0.139*1.63+1.68*1.62*/4=3.95L （当Pb=2Psl ，补液间隔可略大于10天） John Crane在哪里使用在哪里使用Plan53B？ Hazardous products such as Hydrofluric acid 危险的介质例如氢氟酸 High pressure applications, eliminates nitrogen en

13、trainment 高压应用时消除气液混溶现象 API 682 限制了氮气的最大压力为10barg, 约翰克兰建议只要隔离液温度小于120， 最大氮气压力21barg Locations where cooling water is not available 现场没用冷却水条件The efficiency of the cooling finned tubes is best in a windy and cold climate. This makes the 53Mod suitable for North Sea/Offshore applications.翅片管的冷却效果在多风和寒冷

14、环境中最好， 非常适合在北海/海上平台上应用 John CraneAPI Plan 53B 的压力设定u选用API Plan 53B：uSealol 在设定Plan53B隔离液压力Pb中推荐: 当介质压力Pp10Bar, 隔离液压力Pb=Pp+4Bar 当介质压力10Bar Pp30Bar, 隔离液压力Pb=Pp+12Baru蓄能器预充压力Pac为隔离液额定压力的65%85% Pac=Pb* （65%85%）u蓄能器预充压力举例：当介质压力Pp10Bar 介质压力Pp=7.4Bar， 隔离液压力Pb=Pp+4Bar=11.4Bar 蓄能器预充压力上限Pac=Pp=7.4Bar 7.4/11.4

15、=64.9%蓄能器预充压下限u当介质压力Pp7.4Bar，上述要求将不能全部满足。解决的办法： 1.推荐使用Plan53A。 2.降低隔离液压力，补液间隔将缩短。 u报警压力Psl高于密封腔处的介质压力12Bar。报警压力Psl=Pp+12Bar John Crane封液泄漏体积和补液间隔时间的计算u选用API Plan 53B：u蓄能器预充压力举例：当介质压力10Bar Pp30Bar 介质压力Pp=15Bar， 隔离液压力Pb=Pp+8Bar=23Bar 蓄能器预充压力上限Pac=Pp=15Bar 15/23=65.2%接近蓄能器预充压下限u当介质压力10BarPp30Bar, 隔离液压力

16、Pb=Pp+12Baru设定隔离液压力时还要考虑所选密封的PV值极限u报警压力Psl高于密封腔处的介质压力12Bar。报警压力Psl=Pp+12Baru密封端盖设计压力如果不能适应介质最大工作压力，要向用户说明。 John Crane封液泄漏体积和补液间隔时间的计算uAPI 682 第4版将要求Plan53B的补液间隔时间不少于28天u气体体积与压强关系 P1*V1=P2*V2u加压双封隔离液28天最大正常泄漏量：0.31*28 = 8.6L 当选用蓄能器容量为40L： （40-8.6）/40=78.5%，蓄能器压力可设定为75%Pbu 当前我们选用蓄能器容量为25L： 如果蓄能器压力Pac=

17、0.75Pb，隔离液压力Pb=Psl/0.75 则蓄能器补偿量为：25*0.25=6.25L，补液间隔为 6.25/0.31=20（天） 如果蓄能器压力Pac=0.7Pb，隔离液压力Pb=Psl/0.7 则蓄能器补偿量为：25*0.3=7. 5L，补液间隔为 7. 5/0.31=24（天） 报警发信之后，蓄能器至少还应有8小时以上的正常泄漏补偿能力： 8*2*5.6/1000sg. =0.1L John Crane为什么要了解密封腔内侧介质的压力？nPressure limitation of mechanical seal 机械密封的压力限制机械密封的压力限制nDesign cooling

18、flow for mechanical seal 机封冷却流量的设计机封冷却流量的设计 John Crane1. 后盖磨损环（口环）后盖磨损环（口环） 叶轮平衡孔叶轮平衡孔有了这些特征，如果采用的又是有了这些特征，如果采用的又是API Plan 11 冲洗方案，密封腔压力冲洗方案，密封腔压力j仅高于入口压力仅高于入口压力23PSI。大多数悬臂流程泵在叶轮上做一个后盖磨损环和一组平衡孔，以便平衡轴向力，降低轴承负载；大多数悬臂流程泵在叶轮上做一个后盖磨损环和一组平衡孔，以便平衡轴向力，降低轴承负载；通常还在密封腔底部设置一个喉部衬套；通常还在密封腔底部设置一个喉部衬套；从这些特征就可估算出密封腔

19、的压力值从这些特征就可估算出密封腔的压力值。实际上，准确的压力应是后盖磨损环间隙、平衡孔的位置、尺寸的函数，我们可以近似的估计出：实际上，准确的压力应是后盖磨损环间隙、平衡孔的位置、尺寸的函数，我们可以近似的估计出：公式公式 1. 密封腔压力密封腔压力 = 入口压力入口压力 + 0.15 x （出口压力出口压力-入口压力）入口压力） John Crane2. 没有后盖板磨损环没有后盖板磨损环, 没有平衡孔没有平衡孔公式公式 2. 密封腔压力密封腔压力= 出口压力出口压力考虑到这种结构特征，我们在选择冲洗方案时，应推荐考虑到这种结构特征，我们在选择冲洗方案时，应推荐API 13 。在较高的入口压

20、力时，平衡孔所起的平衡轴向推力的作用就没多大必要了，况且无助于提高水力效率。所以可以这样估算密封腔压力： John Crane3. 后盖磨损环后盖磨损环, 没有平衡孔没有平衡孔当泵装上后盖磨损环后，就具有了喉部衬套的优点；当泵装上后盖磨损环后，就具有了喉部衬套的优点；一些泵公司的专家认为，这种结构特征能使一些泵公司的专家认为，这种结构特征能使（公式公式5）密封腔压力至少比泵入口压力高密封腔压力至少比泵入口压力高1.8公斤公斤 John Crane4 . 具有下图示的全开式叶轮具有下图示的全开式叶轮, 无后盖磨损环，无平衡孔无后盖磨损环，无平衡孔具有这种特点的叶轮可以取代平衡孔来平衡轴向力具有这

21、种特点的叶轮可以取代平衡孔来平衡轴向力. 这在符合这在符合ANSI标准的泵上很流行，标准的泵上很流行， 叶轮叶轮与后盘体之间的间隙对泵的水力效率至关重要；密封腔的压力可以按如下公式估算：与后盘体之间的间隙对泵的水力效率至关重要；密封腔的压力可以按如下公式估算：公式公式 3. 密封腔压力密封腔压力 = 入口压力入口压力 + C x （出口压力（出口压力-入口压力）入口压力） C = 0.1 对最大叶轮直径对最大叶轮直径. C = 0.3 对最小叶轮直径对最小叶轮直径.入口压力入口压力: 15 psig, 出口压力出口压力: 250 psig密封腔压力密封腔压力 = 15 + 0.3 ( 250

22、- 15 ) = 85.5 psig ( 对最小叶轮直径对最小叶轮直径)举例举例: John CraneDurco In line 达高管线泵达高管线泵5. 叶轮具有反向叶片叶轮具有反向叶片 ， 且带有平衡孔且带有平衡孔; 单级双吸泵单级双吸泵公式公式 4. 密封腔压力密封腔压力 = 入口压力入口压力 小间隙小间隙 John Crane6.双级泵双级泵6.1水平双级泵 背靠背叶轮吸入端：密封腔压力吸入端：密封腔压力+泵进口压力泵进口压力另一端：另一端：公式公式6. 密封腔压力密封腔压力=进口压力进口压力+0.5（出口（出口-进口压力）进口压力） 6.2水平双级泵 眼对眼叶轮吸入端：吸入端：公式公式6. 密封腔压力密封腔压力=进口压力进口压力+0.5（出口（出口-进口压力）进口压力）另一端：另一端：密封腔压力密封腔压力=泵出口压力泵出口压力 John CranenTo balance the