浅谈泵用双重机械密封与泵用干气密封的选型对比

浅谈泵用双重机械密封与泵用干气密封的选型对比

在煤制油化工装置中，存在许多有毒、有害、易燃、易爆介质，如甲醇、乙烯、硫化氢一氧化碳、轻烃等。机泵输送此类介质对密封要求较高，按照现代的管理要求，不允许泄露。

目前，使用技术一般有三类，采用无泄漏泵如屏蔽泵、磁力泵、隔膜泵等，对于必须使用离心泵时，采用双重机械密封或干气密封。基本上大部分适用双封的场合都可以使用干气密封，在技术上来讲都是可行的。

那么双重密封与干气密封，哪个更好，常常困扰许多使用者。本文以神华某煤化工项目净化装置煤化工净化装置主洗泵为例，对双重密封和干气密封进行一下简单的对比，希望能为更多在此领域的用户提供选择的参考。

1.机械密封

机械密封原理

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。

机械密封主要有以下四类部件组成。主要密封件:1静环、2动环；辅助密封件、6旋转辅助密封圈、8静止辅助密封圈；压紧件、3弹簧；传动件、4弹箕座及5键或固定螺钉，7防转销、9压盖。

机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A.B,C,D四个通道。C.D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。

静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构.A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。

如图2所示机械密封工作时，由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动，由于两个密封端面的紧密配合，使密封端面之间的交界(}封界面)

形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，产生阻力，阻止介质泄漏，同时液膜又使得端面得以润滑，获得长期密封效果。

双重机械密封

有毒有害介质时为了取得更好的密封效果，采用双重密封，根据密封液系统压力可分为有压双封(双端面机械密封)和无压双封(串联式机械密封)。

有压双封密封液系统的压力一般要比一级密封前的压力高0.01-0.03MPa。这样一级密封泄漏时，密封液会进入泵内，确保了泵内介质不会泄漏到外界。由于密封液进入泵内，密封液系统压力、液位降低，可以实现密封的泄漏监测和报警。

无压双封密封系统内的压力一般为常压或微压，低于一级密封前的密封腔压力。当一级密封泄漏时，泵内介质会进人密封液系统，导致密封液系统的压力和液位升高，可以通过压力开关或液位开关实现泄露监测和报警。通过密封液系统来监测双端面机械密封失效与否，也是其区别于单端面机械密封最主要的形式之一。

有压双封(双端面机械密封)原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用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。双端面机械密封结构如图3所示。

双端面机械密封不仅仅是单端面机械密封的重复，在化工一些重点场合，可有效地防止危险、有毒、易燃、易爆物质的泄漏，具有高性能保险作用。在密封高压介质时，可以合理的分配每个密封的两端压差，提高密封的工作压力范围。对一些自润滑性差、易凝结、汽化介质，通过在密封腔体注入密封液改善密封的工况，大大提高密封的效率和使用寿命(公众号:泵管家)。

工作时，由流体压力(介质压力)和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压（压紧力），使两个接触端面(动环、静环端面)相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。

与单端面机械密封相比，双端面机械密封多一个摩擦副。可分为面对面、背对背两种形式。

面对面双端面机械密封有静环面对面和动环面对面两种形式。静环面对面是一整体动环，动环面对面一整体静环。但是由于加工精度、机械密封失效后更换成本等问题面对面式双封在流体泵用机械密封中使用较少，一般应用于密封腔尺寸较小的场合。背靠背或串联机械密封已经完全可以覆盖面对面机械密封的适用工况。轻烃、黏性、聚合流体、有害气体采用干气密封、非接触设计可以采用面对面机械密封。面对面机械密封要求封液压力大于介质压力，属于有压双封，不然内侧机械密封动静环受力不合理(公众号:泵管家)。面对面结构多用于集装式结构，既可以做单端面，又可加封液做成双端面。

背对背式双端面机械密封亦可做成集装性，拆装方便，检修容易，因此使用较多。背对背式双封分别有两动环和两静环，一级密封为外流式。因其适用工况宽，应用广泛，狭义上的双端面机械密封专指背对背式双端面机械密封。背对背式双封属于有压双封，当一级密封失效后密封液系统的压力和液位都会降低。密封液循环的动力由内置泵效环提供。

图6所示为无压双封(串联机械密封)是两组单端面机械密封组成串联双端面机械密封两套密封延同一方向布置，密封腔压力逐级降低，介质不至外漏。串联双端面密封由于其结构紧凑，可适用于轴径尺寸不大，轴向尺寸小，随转速较大的中等载荷的场合。内端为平衡型机械密封，外端为非平衡型带泵效环机械密封。封液提供密封面的冷却润滑，靠内置泵效环循环。

2.干气密封

2.1原理简述

一般来讲，典型的干气密封包含了静环、动环组件(旋转环)、副密封O形圈、静密封、弹簧和弹簧座(腔体)等。静环位于不锈钢弹簧座内，用副密封O形圈密封。弹簧在密封无负荷状态下使静环与固定在轴上的旋转环——动环组件配合，如图7所示。

在动环组件和静环配合表面处的气体径向密封有其先进独特的方法。配合表面平面度和光洁度很高，动环组件配合表面上有一系列的螺旋槽，如图8所示。随着转动，气体被向内泵送到螺旋槽的根部，根部以外的一段无槽区称为密封坝。密封坝对气体流动产生阻力作用，增加气体膜压力。

配合表面间的压力使静环表面与动环组件脱离，保待一个很小的间隙，一般为3微米左右。当由气体压力和弹簧力产生的闭合压力与气体膜的开启压力相等时，便建立了稳定的平衡间隙。在动力平衡条件下，作用在密封上的力如图9所示。