用在多相泵送中的机器密封手艺进口阀门总代理

发表时间：2020-12-21 19:09:32
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   博格曼工业公司（Burgmann Industries GmbH & CoKG）的Nikolaus Necker介绍了在多相泵送中使用机械密封技术所能得到的好处。

        在过去的20年，为石油和天然气生产所研发的技术中，多相泵送是最有前途的技术之一。海上和海岸领域资本投资的显著减少，加之生产率提高，对安装的泵送系统提出了更高的要求。

        在多相泵送中，旋转设备要克服的最大挑战是工艺流体的变化，它会从100%的液体变为100%的气体。这种变化给泵造成了极困难的运转条件，给泵的核心部件—机械密封带来了更为苛刻的条件。

        机械密封可用于液相或气相应用领域。但是，在多相泵中，机械密封会经历瞬变状态。井口气流的瞬变特性造成压力波动和气锁。多相泵及其机械密封必须能够经受住所有这些恶劣的工作条件。因此，必须开发出特殊的机械密封。

图1：加压双端面机械密
封（API610，plan 53或
54），适用于多相泵的SH
型密封

        泵的类型

        多相泵可分为两类，每类都有各自的好处和局限性。这两类泵是旋转动力泵和容积泵。

        旋转动力泵基于螺旋轴流水力学的概念。多级泵在单根轴上能拥有多达15个压缩单元。每个压缩单元包括一个旋转的螺旋轴流式叶轮和一个静止的导叶。

        于是，产生的流出物能够在较长距离上被增压而无需预先分离，而且对于气体体积比没有限制。这种类型的泵小巧紧凑，具有机械简易性与可靠性，容许固体颗粒存在，流速高。

        正如人们所熟知的，容积泵或双螺杆泵已经能处理气体体积比高达70%的情况。就这方面而言，只需对现有的泵设计作一些小小的改进。双转子螺杆泵包括两个反转的螺杆。

        螺杆与衬里之间的间隙需要一定量的液体来密封。这种泵具有真正的干运转性能，因此可以处理极大范围的比重和气体体积比。它们的可靠性已经在一些实际的多相增压应用中得到了证实。

        任务难题

        多相泵的机械密封不像密封系统那样是专门、特定地应用于液体或气体介质中的，而是在持续变化的气体和液体流速下工作的。因此，机械密封必须处理以下情况：

图2：基于螺旋轴流水力学的
旋转动力泵
图3：包括两根反转的螺杆双
转子螺杆泵
图4：典型的面对面布置的双
端面高压密封

        ◆ 不可预知的工艺介质成分
        ◆ 密度和粘度的变化
        ◆ 温度的变化
        ◆ 侵蚀作用，主要由沙子引起
        ◆ 高、低工作压力
        ◆ 密封端面的润滑及冷却不足

        化学参数

        根据油田和/或地点的不同，所处理工艺介质的化学分析是不一致的。这意味着原油可能包含：

        ◆ 蜡
        ◆ 盐分
        ◆ 水
        ◆ 酸气（H2S）和/或二氧化碳（CO2）
        ◆ 裂解的烃
        ◆ 固体颗粒

        所有这些都影响着密封的工作性能，并会导致机械密封件的侵蚀和腐蚀。

        密封原理

        被密封的流体压力沿密封面径向降低。密封端面的摩擦导致密封端面处的流体温度升高。压力的减小，以及在密封端面处的流体温度升高将导致密封流体内的挥发性元素汽化。

        这会导致密封端面的润滑和冷却不足。多相工艺介质中的气体含量会造成额外的风险，即密封端面润滑不足，它会引起密封端面的失效。

        在优化的平行间隙中，轴向开启力与闭合力是平衡的。在这种情况下，接触力（Fc）沿密封面的宽度均匀分布。密封流体的压力梯度（Fs）呈线性。
        根据机械密封面硬度的不同，会出现另外两种间隙形式。

        A形间隙情况下，外径处会形成高接触力，压力梯度变得陡峭。从而导致密封的不稳定运行状态。

        V形间隙情况下，密封面的内径处形成低接触力，压力梯度平缓，机械密封运行在稳定状态下。

        下面介绍两个旋转密封解决方案的实例。

        单端面机械密封（API 610, plan 32）单端面机械密封可用于多相双螺杆泵中。单封的润滑与冷却来自于外接压力源的冲洗（API610-plan 32）。冲洗必须连续可靠——即使在泵的启动和停转期间。位于密封前面的具有很小间隙的节流衬套，控制着流入泵内的冲洗液流速，从而隔离了密封与工艺流体。

        加压双端面机械密封（API 610, plan 53或54）加压双端面密封主要用在多相泵中。这个例子显示了一个面对面形式的典型双端面高压密封。当利用plan 32外部（持续损失）冲洗的单端面密封的使用受到限制时，通常采用加压双端面密封。双端面密封由一个外部的闭环供应系统来润滑。

图5：机械密封的间隙刚度

        该机械密封是特殊设计的，专门用于重工况密封应用中。密封面是双重平衡的；在密封腔出现隔离液压力降低或高压瞬变的情况下，密封保持紧闭，使得泵能够停止运转而不会出现密封面损伤或产品污染大气的危险。相同的静环组件在工况条件发生变化时具有最佳的运行特性。密封被设计成集成结构，因此它小巧紧凑、坚固耐用、易于维护。

        选择合适的密封面材料和结构件材料可以避免腐蚀。通常采用碳化硅作为密封面材料，因为它具有高的硬度和优异的导热特性。使用双相和超双相不锈钢作为金属零件的材料。

        结论：在全球数以百计的应用中，在各种各样的工作条件和极为苛刻的环境下，机械密封已经证明了它们密封多相混和物的可靠性。

        如今，机械密封类型和滑动材料能够满足多相泵送工作规定的任何技术要求。为了使密封系统适合于特定的工况，密封制造商、泵制造商和最终用户之间的密切合作是一项基本前提。正确的应用、安装和操作是实现长的“平均无故障时间”的关键因素。

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