液態(tài)烴泵機械密封的特性分析
1汽，液兩相密封（閥門密封性）特性
機械密封對介質(zhì)的密封作用主要是通過密封面間隙h間形成的密封膜對介質(zhì)的阻擋作用來實現(xiàn)的，密封腔外側(cè)和內(nèi)側(cè)通常分別為密封的介質(zhì)和大氣，對一般不可壓縮流體而言，密封膜為全液相；對壓縮氣體來說，密封膜為全氣相。
由于液態(tài)烴介質(zhì)在密封工作溫度下的飽和蒸汽壓Pi低于密封腔外側(cè)介質(zhì)工作壓力P2，而高于內(nèi)側(cè)大氣壓力P1，因此，在密封靜環(huán)中必存在一點，其半徑為ri，此點處的膜壓應(yīng)等于Pi.液態(tài)烴介質(zhì)有以下物理性質(zhì)：在高于飽和蒸汽壓時，介質(zhì)液化，機械密封結(jié)構(gòu)密封膜呈液態(tài)；而低于飽和蒸汽壓時，介質(zhì)發(fā)生汽化，密封膜呈氣相。這就說明液態(tài)烴泵機械密封面上存在著氣，液兩相狀態(tài)，其中r2~ri段為液相，為液體膜密封；r1~ri段為汽相，屬氣體膜密封。因此，液態(tài)烴泵機械密封可以看成是由同一密封面上的液體密封和氣體密封的串聯(lián)組合。
2汽，液兩相膜壓，膜壓系數(shù)及端面比壓的計算
2.1膜壓的計算
（1）不可壓縮流體
（2）可壓縮氣體
（3）液態(tài)烴介質(zhì)
2.2汽液兩相膜壓系數(shù)及端面比壓的計算
2.3密封膜壓分布及密封膜的特性分析
無論介質(zhì)是不可壓縮流體還是氣體，其膜壓曲線均具有連續(xù)性，且具有對數(shù)曲線分布形態(tài)，不可壓縮液體或氣體膜壓分布曲線。
從液態(tài)烴介質(zhì)的物理性質(zhì)和工作條件下密封膜汽，液態(tài)共存現(xiàn)象分析，我們可以得出液態(tài)烴泵機械密封膜壓分布有以下一些特殊的性質(zhì)：
1）密封膜相態(tài)的多重性和易變性
從理論上分析，整個密封面上密封膜的形態(tài)存在著兩相狀態(tài)-液相和汽相，但考慮運行過程中工況變化的動態(tài)性質(zhì)，實際上密封膜相變點附近存在一個瞬時相態(tài)轉(zhuǎn)換的沸騰區(qū)（通常沸騰區(qū)的區(qū)域較小，只有操作條件劇變時區(qū)域變化才有明顯表現(xiàn)），此沸騰區(qū)又稱為混相區(qū)，區(qū)間內(nèi)汽液兩相共存。共存的汽液兩相有似液相態(tài)和似氣相狀態(tài)之分，混相區(qū)中靠液相區(qū)部分為似液相，靠近汽相區(qū)部分為似汽相。因此可以說泵工作時液態(tài)烴介質(zhì)的密封膜形態(tài)多樣，具有多重性。
液態(tài)烴介質(zhì)的相態(tài)在工作條件下受溫度，壓力，流量，組分，雜質(zhì)，振動，安裝技術(shù)等因素的影響比較敏感。這一特性表明，密封工作過程中，影響因素的小小變化，都有可能導(dǎo)致密封膜存在的汽液兩相狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，特別是膜中不穩(wěn)定的混相區(qū)，很容易失穩(wěn)或擴展，使密封膜的穩(wěn)定性降低。
2）密封膜的不良自潤滑性
液態(tài)烴介質(zhì)本身密度小，易氣化，自潤滑性差，它不同于柴油，潤滑油等介質(zhì)有良好自潤滑性質(zhì)，加上由于其膜的多形態(tài)和不穩(wěn)定性，這更容易使密封面工作過程中產(chǎn)生殘余變形，熱變形，扭曲變形等，破壞密封膜原處于的微觀潤滑狀態(tài)，降低密封膜工作效能。
液態(tài)烴泵機械密封易泄漏的原因
1工藝操作參數(shù)的影響
1）溫度參數(shù)的影響
一般介質(zhì)在一個較寬的溫度范圍內(nèi)波動不會發(fā)生密封膜相態(tài)的改變，因此，機械密封的穩(wěn)定運行自然不會受到過多的影響；而液態(tài)烴介質(zhì)不一樣，小小的溫度波動，其飽和蒸汽壓即明顯改變，溫升后液態(tài)烴飽和蒸汽壓由Pi變?yōu)镻i，密封膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1BC，液膜密封段由rir2縮短為rir2，密封膜的相態(tài)在riri段發(fā)生了改變，密封面半徑向上液膜寬度縮小，而汽膜寬度增加，這使密封膜不穩(wěn)定性增加。一旦溫升過量，將導(dǎo)致密封液膜段縮小甚至消失成為汽膜，由于汽膜的膜厚較小，而介質(zhì)相對于密封面粗糙度來說并不清潔，這必然導(dǎo)致密封面的磨損損傷失效。
2）壓力參數(shù)影響
在運行過程中，因操作參數(shù)的調(diào)節(jié)引起泵工作壓力的變化是常見的。工作壓力的波動，容易引起密封面上介質(zhì)汽液相狀態(tài)的改變，有可能會使密封工作穩(wěn)定性受到影響。
如工作壓力提高，端面比壓相應(yīng)增加，此時普通介質(zhì)因密封液膜有良好的潤滑性，通常能保持密封工作的穩(wěn)定性，不會造成端面比壓提高后，因摩擦熱的增加而引起密封膜狀態(tài)的改變，密封面磨損加重等問題，而對液態(tài)烴介質(zhì)來說卻正有此現(xiàn)象出現(xiàn)的傾向。工作壓力由P2降為P2后，因密封膜壓力的重新分布，膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1AC，密封面上介質(zhì)有部分出現(xiàn)了相態(tài)轉(zhuǎn)變，使密封徑向汽相段由原來r1ri變?yōu)閞1ri，液相段由rir2縮短為rir2，這顯然增加了密封的不穩(wěn)定性。而當(dāng)液相段出現(xiàn)消失，結(jié)果同樣有因溫度參數(shù)影響造成的密封處于汽膜時遭受損傷的問題。
3）流量參數(shù)影響
因生產(chǎn)需要，往往需要對泵進行流量調(diào)節(jié)。從泵的特性曲線和管路特性曲線可知，泵流量增加時，工作壓力降低，流量減小時，工作壓力增加。因此，流量參數(shù)對密封的影響，與壓力參數(shù)結(jié)果的影響類似。值得一提的是，泵在小流量下長時間運行會引發(fā)泵的抽空，而抽空將不僅導(dǎo)致設(shè)備的機械振動，同時也使密封工作壓力起伏交變，交變負(fù)荷不僅導(dǎo)致密封比壓的脈動，造成密封面疲勞點蝕損傷而出現(xiàn)泄漏，同時還將引起密封膜相態(tài)變化而造成介質(zhì)的閃蒸。
2介質(zhì)自身的組分因素及雜質(zhì)因素影響
1）組分因素
操作波動或物料改變在生產(chǎn)上總會發(fā)生，這種場合下有可能引起泵內(nèi)工作介質(zhì)組分的變化。對普通介質(zhì)泵來說，即使組分變化，但其總體組分的飽和蒸汽壓受影響可能并不大，而烴類介質(zhì)卻不同，組分變化后整體組分的飽和蒸汽壓會較明顯地隨著改變。如輕組分的增加，會誘發(fā)泵內(nèi)物料的汽化，引起泵抽空；同時整體組分的飽和蒸汽壓的相應(yīng)提高，也將引起密封膜壓重新分布，在嚴(yán)重時使密封液膜轉(zhuǎn)化成為汽膜，而最終使密封磨損。
2）雜質(zhì)因素
液態(tài)烴介質(zhì)中通常含有水，堿液，硫化物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對一般油品介質(zhì)來說，密封受影響的敏感性往往比液態(tài)烴介質(zhì)低。當(dāng)烴類介質(zhì)中夾帶上這些雜質(zhì)后，就容易使泵在動態(tài)運行中因液態(tài)烴密封膜相態(tài)變化引起閃蒸時吸熱，從而在密封面上形成水-烴固體混合物或結(jié)晶堿微粒，造成密封面在運行中擦傷損壞而出現(xiàn)泄漏，這種因素造成的液態(tài)烴泵泄漏在裝置中是常見的。而介質(zhì)中的腐蝕產(chǎn)物，當(dāng)然會對密封造成腐蝕損傷。
3）工況條件的影響
普通介質(zhì)因密封膜有穩(wěn)定單相形態(tài)，膜壓系數(shù)和端面比壓Pc等技術(shù)參數(shù)能相對處于穩(wěn)定狀態(tài)。液態(tài)烴介質(zhì)因密封膜形態(tài)的多樣性和不穩(wěn)定性，從其密封膜壓系數(shù)和端面密封比壓分布以及文中有關(guān)論述可以看出，烴類泵的膜壓系數(shù)和端面比壓將更容易隨操作參數(shù)，介質(zhì)自身因素，機械因素的變化而變化?？梢哉J(rèn)為在烴類泵上這些技術(shù)參數(shù)是一個動態(tài)變化值，而造成的結(jié)果是端面比壓的脈動。端面比壓的波動，不僅對密封件造成疲勞問題，而且也對密封膜相態(tài)帶來不穩(wěn)定，最終對密封造成不良影響。
3對運行操作，維護和檢修工作的要求
綜上所述，加之檢修時對泄漏機封的檢查，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)端面存在大量裂紋且磨損嚴(yán)重，可以肯定2007年9月29日機封的泄漏與工作壓力變化有關(guān)，加上液態(tài)烴夾帶含硫污水的關(guān)系。10月8日機封的再次泄漏完全是液態(tài)烴嚴(yán)重挾帶污水所致。而這些都可以從相應(yīng)時間的操作上找到證據(jù)。因此，必須按照如下要求進行工作。
（1）操作上要穩(wěn)定溫度，壓力，流量等參數(shù)，加強對工藝介質(zhì)的質(zhì)量控制，保持介質(zhì)的清潔度和組分的穩(wěn)定性，操作上要減少人為影響，避免參數(shù)調(diào)節(jié)大起大落。
（2）維護上要加強液態(tài)烴灌的脫水，脫堿工作，謹(jǐn)防液態(tài)烴帶水到泵體內(nèi)。保持泵密封沖洗冷卻設(shè)施完好，加強巡檢監(jiān)測，及時消除振動。
（3）檢修上要分門別類，結(jié)合各泵特點，調(diào)整密封技術(shù)參數(shù)，合理改進結(jié)構(gòu)，調(diào)整合理的密封比壓，選擇合理密封形式等。
（4）要加強對操作維護及檢修人員的技術(shù)培訓(xùn)?，F(xiàn)場很多泵泄漏不是密封產(chǎn)品質(zhì)量問題，而是與操作人員技術(shù)能力有關(guān)，與檢修人員不清楚生產(chǎn)工況因素對泵的特殊性要求有關(guān)。
1汽，液兩相密封（閥門密封性）特性
機械密封對介質(zhì)的密封作用主要是通過密封面間隙h間形成的密封膜對介質(zhì)的阻擋作用來實現(xiàn)的，密封腔外側(cè)和內(nèi)側(cè)通常分別為密封的介質(zhì)和大氣，對一般不可壓縮流體而言，密封膜為全液相；對壓縮氣體來說，密封膜為全氣相。
由于液態(tài)烴介質(zhì)在密封工作溫度下的飽和蒸汽壓Pi低于密封腔外側(cè)介質(zhì)工作壓力P2，而高于內(nèi)側(cè)大氣壓力P1，因此，在密封靜環(huán)中必存在一點，其半徑為ri，此點處的膜壓應(yīng)等于Pi.液態(tài)烴介質(zhì)有以下物理性質(zhì)：在高于飽和蒸汽壓時，介質(zhì)液化，機械密封結(jié)構(gòu)密封膜呈液態(tài)；而低于飽和蒸汽壓時，介質(zhì)發(fā)生汽化，密封膜呈氣相。這就說明液態(tài)烴泵機械密封面上存在著氣，液兩相狀態(tài)，其中r2~ri段為液相，為液體膜密封；r1~ri段為汽相，屬氣體膜密封。因此，液態(tài)烴泵機械密封可以看成是由同一密封面上的液體密封和氣體密封的串聯(lián)組合。
2汽，液兩相膜壓，膜壓系數(shù)及端面比壓的計算
2.1膜壓的計算
（1）不可壓縮流體
（2）可壓縮氣體
（3）液態(tài)烴介質(zhì)
2.2汽液兩相膜壓系數(shù)及端面比壓的計算
2.3密封膜壓分布及密封膜的特性分析
無論介質(zhì)是不可壓縮流體還是氣體，其膜壓曲線均具有連續(xù)性，且具有對數(shù)曲線分布形態(tài)，不可壓縮液體或氣體膜壓分布曲線。
從液態(tài)烴介質(zhì)的物理性質(zhì)和工作條件下密封膜汽，液態(tài)共存現(xiàn)象分析，我們可以得出液態(tài)烴泵機械密封膜壓分布有以下一些特殊的性質(zhì)：
1）密封膜相態(tài)的多重性和易變性
從理論上分析，整個密封面上密封膜的形態(tài)存在著兩相狀態(tài)-液相和汽相，但考慮運行過程中工況變化的動態(tài)性質(zhì)，實際上密封膜相變點附近存在一個瞬時相態(tài)轉(zhuǎn)換的沸騰區(qū)（通常沸騰區(qū)的區(qū)域較小，只有操作條件劇變時區(qū)域變化才有明顯表現(xiàn)），此沸騰區(qū)又稱為混相區(qū)，區(qū)間內(nèi)汽液兩相共存。共存的汽液兩相有似液相態(tài)和似氣相狀態(tài)之分，混相區(qū)中靠液相區(qū)部分為似液相，靠近汽相區(qū)部分為似汽相。因此可以說泵工作時液態(tài)烴介質(zhì)的密封膜形態(tài)多樣，具有多重性。
液態(tài)烴介質(zhì)的相態(tài)在工作條件下受溫度，壓力，流量，組分，雜質(zhì)，振動，安裝技術(shù)等因素的影響比較敏感。這一特性表明，密封工作過程中，影響因素的小小變化，都有可能導(dǎo)致密封膜存在的汽液兩相狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，特別是膜中不穩(wěn)定的混相區(qū)，很容易失穩(wěn)或擴展，使密封膜的穩(wěn)定性降低。
2）密封膜的不良自潤滑性
液態(tài)烴介質(zhì)本身密度小，易氣化，自潤滑性差，它不同于柴油，潤滑油等介質(zhì)有良好自潤滑性質(zhì)，加上由于其膜的多形態(tài)和不穩(wěn)定性，這更容易使密封面工作過程中產(chǎn)生殘余變形，熱變形，扭曲變形等，破壞密封膜原處于的微觀潤滑狀態(tài)，降低密封膜工作效能。
液態(tài)烴泵機械密封易泄漏的原因
1工藝操作參數(shù)的影響
1）溫度參數(shù)的影響
一般介質(zhì)在一個較寬的溫度范圍內(nèi)波動不會發(fā)生密封膜相態(tài)的改變，因此，機械密封的穩(wěn)定運行自然不會受到過多的影響；而液態(tài)烴介質(zhì)不一樣，小小的溫度波動，其飽和蒸汽壓即明顯改變，溫升后液態(tài)烴飽和蒸汽壓由Pi變?yōu)镻i，密封膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1BC，液膜密封段由rir2縮短為rir2，密封膜的相態(tài)在riri段發(fā)生了改變，密封面半徑向上液膜寬度縮小，而汽膜寬度增加，這使密封膜不穩(wěn)定性增加。一旦溫升過量，將導(dǎo)致密封液膜段縮小甚至消失成為汽膜，由于汽膜的膜厚較小，而介質(zhì)相對于密封面粗糙度來說并不清潔，這必然導(dǎo)致密封面的磨損損傷失效。
2）壓力參數(shù)影響
在運行過程中，因操作參數(shù)的調(diào)節(jié)引起泵工作壓力的變化是常見的。工作壓力的波動，容易引起密封面上介質(zhì)汽液相狀態(tài)的改變，有可能會使密封工作穩(wěn)定性受到影響。
如工作壓力提高，端面比壓相應(yīng)增加，此時普通介質(zhì)因密封液膜有良好的潤滑性，通常能保持密封工作的穩(wěn)定性，不會造成端面比壓提高后，因摩擦熱的增加而引起密封膜狀態(tài)的改變，密封面磨損加重等問題，而對液態(tài)烴介質(zhì)來說卻正有此現(xiàn)象出現(xiàn)的傾向。工作壓力由P2降為P2后，因密封膜壓力的重新分布，膜壓曲線由r1AC變?yōu)閞1AC，密封面上介質(zhì)有部分出現(xiàn)了相態(tài)轉(zhuǎn)變，使密封徑向汽相段由原來r1ri變?yōu)閞1ri，液相段由rir2縮短為rir2，這顯然增加了密封的不穩(wěn)定性。而當(dāng)液相段出現(xiàn)消失，結(jié)果同樣有因溫度參數(shù)影響造成的密封處于汽膜時遭受損傷的問題。
3）流量參數(shù)影響
因生產(chǎn)需要，往往需要對泵進行流量調(diào)節(jié)。從泵的特性曲線和管路特性曲線可知，泵流量增加時，工作壓力降低，流量減小時，工作壓力增加。因此，流量參數(shù)對密封的影響，與壓力參數(shù)結(jié)果的影響類似。值得一提的是，泵在小流量下長時間運行會引發(fā)泵的抽空，而抽空將不僅導(dǎo)致設(shè)備的機械振動，同時也使密封工作壓力起伏交變，交變負(fù)荷不僅導(dǎo)致密封比壓的脈動，造成密封面疲勞點蝕損傷而出現(xiàn)泄漏，同時還將引起密封膜相態(tài)變化而造成介質(zhì)的閃蒸。
2介質(zhì)自身的組分因素及雜質(zhì)因素影響
1）組分因素
操作波動或物料改變在生產(chǎn)上總會發(fā)生，這種場合下有可能引起泵內(nèi)工作介質(zhì)組分的變化。對普通介質(zhì)泵來說，即使組分變化，但其總體組分的飽和蒸汽壓受影響可能并不大，而烴類介質(zhì)卻不同，組分變化后整體組分的飽和蒸汽壓會較明顯地隨著改變。如輕組分的增加，會誘發(fā)泵內(nèi)物料的汽化，引起泵抽空；同時整體組分的飽和蒸汽壓的相應(yīng)提高，也將引起密封膜壓重新分布，在嚴(yán)重時使密封液膜轉(zhuǎn)化成為汽膜，而最終使密封磨損。
2）雜質(zhì)因素
液態(tài)烴介質(zhì)中通常含有水，堿液，硫化物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對一般油品介質(zhì)來說，密封受影響的敏感性往往比液態(tài)烴介質(zhì)低。當(dāng)烴類介質(zhì)中夾帶上這些雜質(zhì)后，就容易使泵在動態(tài)運行中因液態(tài)烴密封膜相態(tài)變化引起閃蒸時吸熱，從而在密封面上形成水-烴固體混合物或結(jié)晶堿微粒，造成密封面在運行中擦傷損壞而出現(xiàn)泄漏，這種因素造成的液態(tài)烴泵泄漏在裝置中是常見的。而介質(zhì)中的腐蝕產(chǎn)物，當(dāng)然會對密封造成腐蝕損傷。
3）工況條件的影響
普通介質(zhì)因密封膜有穩(wěn)定單相形態(tài)，膜壓系數(shù)和端面比壓Pc等技術(shù)參數(shù)能相對處于穩(wěn)定狀態(tài)。液態(tài)烴介質(zhì)因密封膜形態(tài)的多樣性和不穩(wěn)定性，從其密封膜壓系數(shù)和端面密封比壓分布以及文中有關(guān)論述可以看出，烴類泵的膜壓系數(shù)和端面比壓將更容易隨操作參數(shù)，介質(zhì)自身因素，機械因素的變化而變化?？梢哉J(rèn)為在烴類泵上這些技術(shù)參數(shù)是一個動態(tài)變化值，而造成的結(jié)果是端面比壓的脈動。端面比壓的波動，不僅對密封件造成疲勞問題，而且也對密封膜相態(tài)帶來不穩(wěn)定，最終對密封造成不良影響。
3對運行操作，維護和檢修工作的要求
綜上所述，加之檢修時對泄漏機封的檢查，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)端面存在大量裂紋且磨損嚴(yán)重，可以肯定2007年9月29日機封的泄漏與工作壓力變化有關(guān)，加上液態(tài)烴夾帶含硫污水的關(guān)系。10月8日機封的再次泄漏完全是液態(tài)烴嚴(yán)重挾帶污水所致。而這些都可以從相應(yīng)時間的操作上找到證據(jù)。因此，必須按照如下要求進行工作。
（1）操作上要穩(wěn)定溫度，壓力，流量等參數(shù)，加強對工藝介質(zhì)的質(zhì)量控制，保持介質(zhì)的清潔度和組分的穩(wěn)定性，操作上要減少人為影響，避免參數(shù)調(diào)節(jié)大起大落。
（2）維護上要加強液態(tài)烴灌的脫水，脫堿工作，謹(jǐn)防液態(tài)烴帶水到泵體內(nèi)。保持泵密封沖洗冷卻設(shè)施完好，加強巡檢監(jiān)測，及時消除振動。
（3）檢修上要分門別類，結(jié)合各泵特點，調(diào)整密封技術(shù)參數(shù)，合理改進結(jié)構(gòu)，調(diào)整合理的密封比壓，選擇合理密封形式等。
（4）要加強對操作維護及檢修人員的技術(shù)培訓(xùn)?，F(xiàn)場很多泵泄漏不是密封產(chǎn)品質(zhì)量問題，而是與操作人員技術(shù)能力有關(guān)，與檢修人員不清楚生產(chǎn)工況因素對泵的特殊性要求有關(guān)。