压力过滤机机械密封国产化设计方案.docx

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压力过滤机机械密封国产化设计方案

压力过滤机机械密封国产化设计-工程论文

压力过滤机机械密封国产化设计赵丽娟①ZHAOLi-juan；于洋②YUYang（①大连华阳密封股份有限公司，大连116036；②中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司机动设备处，辽阳111003）（①DalianSunSealsLtd.，Dalian116036，China；②PetroChinaLiaoyangPetrochemicalCompanyMobileEquipmentDepartment，Liaoyang111003，China）摘要：

采用双端面机械密封面对面布置，设计适合压力过滤机特点的机械密封。

对原进口机械密封进行了研究分析，在此基础上进行了国产化改造。

实际应用表明，采用平衡型双端面密封成功替代了原进口密封，保证了设备长周期安全运转。

Abstract:

Thearticleusesthefacetofacearrangementofbalanceddoublemechanicalendfacesealtodesignthemechanicalsealsforadaptingtothefeaturesofpressurefiltrationmachine,studiesandanalyzestheoriginalimportedmechanicalseals,andconductslocalizationtransformation.Theactualapplicationshowsthatthebalanceddoublemechanicalendfacesealsuccessfullyreplacestheoriginalimportedsealandensuresthelong-termsafeoperationofequipment.关键词：

PTA；压力过滤机；轴窜动；大轴径；平衡型双端面密封Keywords:

PTA；pressurefiltrationmachine；axistraverse；largeshaftdiameter；balanceddoublemechanicalendfaceseal中图分类号：

TH136文献标识码：

A文章编号：

1006-4311（2015）28-0166-031背景介绍在化工、石油化工、轻工冶金等各个领域广泛应用着分离机械。

凡是以分离固-液、液-液、气-液、气-固等非均相混合物的机械统称为分离机械。

分离机械按结构分为离心机和过滤机，离心沉降或离心过滤操作的分离机械统称为离心机，真空或加压过滤的分离机械统称为过滤机。

精对苯二甲酸（PTA）生产工艺包括氧化和精制两个部分，其中，加氢精制过程主要经历了加氢催化反应、结晶和脱水（固液分离和干燥）等单元，其脱水单元所采用的分离设备主要有三种选择：

①离心机与回转真空过滤机；②压力过滤机；③压力过滤机和回转真空过滤机。

近几年，在PTA生产中压力过滤机也正有逐渐取代离心机的趋势，其原因分析如下：

离心机靠离心力的作用达到分离的目的，其转速较高，为保证其安全性，所以联锁较多，机械结构及其复杂，附属设备较多，其采购成本和运行成本都很高，维修成本高。

压力过滤机采用提高过滤推动力的方法，从而提高过滤机的生产能力，与离心机相比：

①节能降耗；②操作简单平稳，工艺性能良好；③节省人力劳动。

目前PTA装置中所用到的压力过滤机基本有两种型式：

旋转转鼓式压力过滤机，旋转框格式压力过滤机。

其工作原理大致相同，以旋转转鼓式压力过滤机为例，工作原理如下：

过滤时，转鼓下部浸入浆料中，转鼓的整个外腔充满高压蒸汽，滤液在压力作用下，透过过滤介质进入转鼓内腔，汇集在转鼓下部，然后由吸液管和空心轴排出。

而固体颗粒则被截留在滤布表面形成滤饼，滤饼转出液面后，先后经过一次脱水区，洗涤区，二次脱水区，最后转入卸料区，经过刮刀从滤布表面卸除，滤布经再生后一个过滤循环即告完成，下一个循环开始，见图1。

压力过滤机特点包括：

①轴径尺寸大；②转速低；③轴窜量大；④工况单一；⑤现场安装；⑥分为壳体密封和中心管密封（图2）。

机械密封是压力过滤机的核心部分，超大轴径压力过滤机机械密封也一直被国外密封厂家垄断，此次国产化不但实现关键技术的突破与创新，也打破了国外密封厂家的垄断，具有重要意义。

2机械密封的工况参数具体工况参数见表1■3原进口机械密封分析（以壳体密封为例）3.1原密封是双端面，静止式，平衡型，多弹簧的集装式密封。

该密封具有以下特点：

①双端面布置机械密封可以有效隔离各种腐蚀性或有毒害类的介质；②平衡型密封可以适应较高的使用压力；③多弹簧结构可以为端面提供均匀载荷和良好的补偿性；④补偿环设计为镶装结构，强度高，承载能力强；⑤密封共用旋转环，轴向尺寸小；⑥轴套与轴的密封采用双O环设计，保证介质不会从轴与轴套间泄漏，更加安全可靠。

3.2经分析原密封具有以下缺点：

①补偿环组合的石墨环分瓣镶装：

分瓣处容易产生应力集中，易磕边，易造成密封面不平，O型圈处易泄漏；②腔体和端盖上防止补偿环旋转的防转销过短：

装配过程中，弹簧孔与销孔不方便一一对应。

4国产化的壳体密封方案设计主要考虑因素：

①密封形式及轴窜量的影响；②材料选择；③机加工艺。

4.1密封结构设计根据设备参数及设备特点仍选择双端面，静止式，平衡型，多弹簧机械密封。

采用型号为H313，设计为集装式机械密封，使用原Plan54冲洗方案。

（图3）壳体密封基本设计参数如下：

载荷系数公式：

弹簧比压公式：

式中：

d为滑移直径，mm；Do为动环外径，mm；Di为动环内径，mm；psp为作用在动环上的弹簧力N。

经计算得出：

载荷系数K=0.91介质侧初始弹簧比压p=0.152MPa大气侧初始弹簧比压p=0.137MPa轴窜6mm时，介质侧弹簧比压p=0.105MPa轴窜6mm时，大气侧弹簧比压p=0.174MPaPc·Vmax=0.6MPa·m/s　4.2密封材料选择①摩擦副材料：

补偿环选组合用304L镶装石墨、非补偿环选用304L堆焊斯太利合金；②弹簧材料：

哈C合金；③辅助密封圈材料：

乙丙橡胶；④过流金属件材料：

304L；⑤传动件材料：

35GrMo。

4.3机加工艺4.3.1难点是超大直径石墨环镶装工艺镶装处直径：

?

准778mm；补偿环组合材料：

304L镶装石墨。

4.3.2镶装设计原则①石墨环采用整体环；②采用相容材料配合；③开槽减少接触面积；④力点与镶装环面心重合。

4.3.3镶装理论计算石墨环与补偿环座之间只传递转矩，采用热胀法装配。

过盈计算以下列两个条件为计算基础：

①石墨环与补偿环座在工作温度下的剩余过盈在界面上产生的摩擦阻力矩Mm大于密封面摩擦力矩Mf（Mm＞Mf）。

②在选定的过盈量的前提下，石墨环与补偿环座中产生的应力σ不超过其材料的允许极限（σ[σ]）。

1）过盈量计算：

界面摩擦力矩：

Mm=fmπhrmΔ/C密封面摩擦力矩：

Mf=fAfPcRm

4.3.4镶装工艺镶装胎具制作：

尽可能减少人为因素所产生的镶装误差，造成镶装后内应力不均匀。

镶装流程：

（采用热镶法）补偿环座加热→安放好胎具→安放好石墨环→安放好补偿环座→自然冷却镶装

5结束语此套压力过滤机密封的国产化改造满足客户要求，保证了密封能够长周期稳定地运转，完全可以替代国外进口产品。

改造后的密封已用在某石化企业的压力过滤机上，目前已连续无故障运转12个月。

参考文献：

[1]顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：

机械工业出版社，2001.[2]顾永泉.机械端面密封主要参数的计算（三）：

性能参数（续）与计算示例[J].流体机械，1996（6）：

27-32.[3]汪义高，杨昌明.集装式机械密封参数化设计技术开发[J].润滑与密封，2009，34（11）：

90-92.