浅论密封技术在PTA行业中的应用

发表时间：2022-10-25 16:13作者：知为材料

大型石化行业, 每时每刻离不开密封。可以讲, 石化行业的设备人员, 尤其是从事机械专业的技术人员和维修人员, 主要任务就是跟“泄漏”做不懈斗争, PTA行业也不例外。

一、密封机理

密封, 就是把与工况和工作介质性能相适应的材料或设施填塞或安装在通道内, 以阻止工作介质外泄或外部大气内漏进工作介质的技术。密封按照机理分为静密封和动密封两种密封形式。

静密封是指对两个相对静止的零件之间的接合面的密封, 主要有垫片密封、涂料密封以及硬面密封3种形式。密封机理是:通过对联接螺栓施以预紧力, 使密封材料产生一定的弹塑组合变形, 只要与被联接件的密封面之间产生的侧向接触压力大于工作介质的泄漏压力, 就能起到密封作用。

垫片密封形式有几十年比较成熟的使用经验以及良好的使用效果。在石化行业中, 最常用的密封垫片多采用膨胀石墨缠绕垫片。这种垫片有以下几个优点:

1) 有较宽的压力温度使用范围。极限使用温度在-196~500℃, 极限使用压力10-8~30MPa。

2) 适用的场合较多, 可以说是万用垫片, 酸、碱、油、汽和风皆可。

3) 对密封面的加工精度要求不高, 精车即可, 比较经济。

涂料密封和硬面密封这两种密封形式是因工况和介质对密封材料的特殊要求而产生的 (比如PTA行业HBr管线的法兰接口形式采用的就是硬面密封) , 在我国的兴起时间尚短, 实际应用上仍有一些技术问题没有攻克。目前静密封领域内占统治地位的仍然是垫片密封。

动密封是指两密封面有相对运动的密封技术。动密封有多种形式, 象迷宫密封、干气密封、液封、填料密封、机械密封以及硬面密封皆可用于动密封场合。动密封的密封机理不尽不同。仅以石化行业内应用最为广泛的机械密封为例说明。

机械密封又称端面密封, 是旋转接触式动密封技术, 它是在流体介质和弹性元件的作用下, 两个垂直于轴心线的密封端面紧密贴合, 相对旋转, 从而达到密封的效果。

机械密封适用于腐蚀、易燃易爆、有毒及带有固体颗粒的场所。与填料密封相比, 机封造价高, 但比填料密封有诸多优越性:

(1) 密封性可靠泄漏量比填料密封高很多。

(2) 寿命长更长。

(3) 摩擦损耗功率小，节约能耗。

(4) 适用场合广泛腐蚀、易燃易爆、有毒及带有固体颗粒的场合不宜使用填料密封, 主要是因为密封填料会较快磨损, 若侧向接触压力小于工作介质的泄漏压力时, 密封将会因泄漏而失效, 从而导致上有毒有害介质外泄, 污染环境;而带有固体颗粒的场合由于固体颗粒会加剧填料磨损, 更是普通填料所不能胜任的。

由于机械密封具有填料密封所不具备的使用场合和填料密封所达不到的使用效果, 在PTA行业也得到了十分广泛的应用。

二、应用实例

辽阳石化PTA工厂是国内最早的PTA工厂之一。下面介绍在从事设备管理工作中运用密封机理解决的一些问题。

1. 静密封的应用实例

LCV2132阀是精制单元第一结晶器的液位控制阀, 由于精制单元无法克服的管线堵塞的特点, 装置开停比较频繁, 该阀与结晶器联接面时常泄漏。此联接面采用的是INVISTA并不多见的凸凹设计, 垫片采用是前面提到的膨胀石墨缠绕垫片中的普型垫。通过对工况及密封机理的分析认为, 高温情况下, 螺栓会蠕变松驰, 最终造成螺栓预紧力不够, 垫片与法兰面的侧向压力小于工作介质的泄漏压力, 造成密封失效。另外由于很难保证法兰联接螺栓的预紧力, 缠绕垫的弹性储备可能被破坏, 甚至出现内侧失稳的现象, 这些都是造成密封失效的因素。经过思考后决定, 在不改变密封结构的前提下, 将动密封中的迷宫原理大胆引入, 以316L齿型垫取代缠绕垫, 并在设备升温过程中实现一次热紧, 很好地解决了这一难题。实际上取消了热紧的工序, 同样也达到的预期的效果, 说明了缠绕垫在辽化这套装置中使用的局限性。

波齿垫.png

2. 动密封的应用实例

辽化PTA的干燥机采用是美国LUISVILLE的产品, 由于有强制出料螺旋的存在, 轴封泄漏经常发生。原来采用的是填料密封的形式, 密封填料采用的编织纺纶, 前面已经提过, 在有固体颗粒存在的场合, 是不适用填料密封的。经过反复实践, 最终采用油封中经常采用的唇封结构形式, 并把填料函重新改造, 用3~5个唇封作为一组密封, 将密封的使用寿命提高了3倍以上;另外，将唇封材料由普通丁腈橡胶改为更加耐磨的聚苯酯, 并采用加强弹簧的结构形式, 将密封的使用寿命提高到3~4个月。

将氧化反应器原JOHNCRANE机械密封中静环过于单薄, 刚度不够;静环截面形状变化大, 在高温、高压的工作条件下, 密封端面容易变形的不足加以改进, 同时在密封底盘加了一个水冷夹套, 降低密封处温度, 减小了密封端面的热变形, 使密封的使用寿命超过了原装进口密封。

以上是辽阳石化赵卫东的分享，希望对石化行业（不限于PTA)设备技术人员和维修人员有所帮助。

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