[b]1．概述 [/b]　　水是各種工藝流程中應用最為廣泛的介質。冷水的密封選型通常沒有困難，而熱水卻是一種很難密封的介質，如何為熱水提供價廉物美又性能可靠的密封長期以來困擾著密封行業。熱水的汽化壓力較高，造成它在流經密封面時容易發生閃蒸或汽化，同時熱水的潤滑性能很差，這些特性使得標準的密封設計很難滿足熱水工況的要求。 [b]2 . 熱水工況用傳統的機械密封方案 [/b]　　熱水工況采用的傳統的機械密封絕對不能用熱水直接沖洗密封面，熱水必須首先經過冷卻，將沖洗液溫度降低至65～820C以下。 　　最常用的熱水工況的密封沖洗方案有API plan 23和API Plan 21。其中API plan 23方案是將熱水從密封腔 （ stuffing box ） 引出，經過一個換熱器后再沖洗密封面。換熱器使熱水的溫度在重新注入密封腔并沖洗密封面之前降低了。沖洗液循環的動力通常由一個內置的泵送環，也稱泵效環（pump ring）來提供。 　　API plan 21 是將泵送熱水從泵出口引出，經過換熱器降低溫度，然后注入密封腔并沖洗密封面。API plan 21總的來說不如API Plan 23效率高，因為它需要冷卻的是來自工藝管線的較高溫度的熱水，在同等工況下通常需要更大的換熱器，其優點是沖洗液不需要泵送環提供動力。 　　此外可以用于熱水工況密封的沖洗方案還有API plan 32。這個方案API plan 32是采用一路外來的溫度較低的清潔軟水注入密封腔并沖洗密封面，它的沖洗管路簡單可靠，但缺點是沖洗水消耗量很大且會稀釋或冷卻工藝管線的熱水，許多用戶難以接受。當然還可以采用在密封腔外增加冷卻水夾套的方法來降低密封腔的熱水溫度。 　　以上沖洗方案，均要求將密封腔中熱水的溫度降低到標準密封設計所能接受的水平，以使密封達到一個可以讓人接受的使用壽命；并要求另外提供一路冷卻水，這不但帶來大量的冷水消耗，而且一旦在操作過程中冷水中斷就會迅速導致密封失效。同時，在這些沖洗方案的使用過程中還要面對換熱器、夾套腔等處的結垢問題，這就降低了密封系統在實際操作過程中的可靠性。 　　以下介紹兩種適用于熱水工況而又無需冷卻水的密封方式 － “潤滑槽”（Lube Groove）和“液體緩沖墊”（Hydropad）機械密封。 [b]3．“潤滑槽”（LUBE GROOVE）密封 [/b]　　在一個標準的機械密封中，兩個密封端面之間存在一個很薄的液膜，在產生和形成穩定的液膜過程中，流體的物理特性處于臨界狀態。在流體流經密封面時，壓力降低、溫度升高。壓力降低是由于密封面內外緣的壓力差造成的，溫度的升高是由于液膜中流體受到剪力以及密封面之間的機械接觸產生的摩擦熱引起的。液膜防止了密封端面之間過大的機械接觸，從而減少密封端面在運行過程中的摩擦熱和端面磨損。如果液膜在接近密封面的邊緣處發生汽化，那么該密封副的大部分密封面都會失去密封液膜的支撐，造成密封迅速失效。 　　“潤滑槽”就是在密封面上沿切線方向刻出窄槽，該槽不能貫通密封面的內外側邊緣。當流體流經密封面時，這些槽能改善流體在密封面上的壓力分布。這有助于保持密封面間的液膜穩定并防止流體在液膜處汽化。 　　由于熱水的汽化壓力很高，容易在流經密封端面時引起快速汽化，因此控制密封接觸面的壓力是解決問題的關鍵。當密封面相互平行時，液膜中的壓力降基本上呈線性分布，由密封端面外側的密封腔壓力逐步降至其內緣的大氣壓力。當液膜中的流體壓力逐步降低至等于液體的汽化壓力時，液膜就會發生汽化。通過在密封面上開潤滑槽，密封端面上就會形成一個相對的高壓區域。該液膜的壓力分布是從密封端面外緣 （OD）呈線性遞減直到進入潤滑槽。在經過潤滑槽時流體壓力保持不變，然后再從潤滑槽處呈線性遞減直到密封面內緣面（ID）。壓力分布形式的改變，限制了液膜在“潤滑槽”所覆蓋的環形區域內的汽化。 　　目前“潤滑槽”型式密封是由Flowserve公司生產的。該公司的集裝式密封U,QB及BX都可采用“潤滑槽”型式密封面。以下為“潤滑槽”密封在熱水工況中的應用： 　　最大密封尺寸： 5 英寸 （127毫米） 　　最大外緣線速度： 66英尺 / 秒 （20米 / 秒） 　　最高轉速： 3000rpm 　　最低轉速： 750rpm 　　最高密封腔壓力＊： 15 Bar 表壓 　　最高密封腔溫度： 175 0C 　　密封副材質： 石墨，碳化硅，硬質合金 　　推薦的管線方案： API Plan11或API Plan02 　　注＊：最低密封腔壓力應保持在高于熱水的汽化壓力2Bar以上。 　　在通常情況下，為便于加工，“潤滑槽”一般刻在較軟的密封面上。“潤滑槽”的確切數量以及它的長度，深度是由密封端面的尺寸決定的。 [b]4．“液體緩沖墊”（HYDROPAD）密封 [/b]　　“液體緩沖墊”是在動靜環的任一密封面上從外緣沿徑向朝里開出凹槽或企口。其深度可以從千分之幾到0.125英寸（即3毫米） 　　在普通密封中，密封面是均勻的圓環形。在密封面上開槽后，就會在圓周方向由機械和溫度變化引起變形。在機械方面，由于開槽使密封端面的局部強度削弱了；在熱力方面，凹槽使熱量沿密封端面的圓周方向散失速率不同。這兩個因素造成密封端面發生波狀變形。由于液膜很薄，密封面上很小的變形都會對液膜的形成及穩定性產生極大的影響。 　　波狀變形有助于液膜在密封端面間的延展。液膜厚度沿圓周方向的收縮與擴展產生了一個使密封面分離的流體推開力。這個流體推力減小了密封面間的機械接觸，熱量產生及密封面磨損。流體推力的大小不僅與密封面的波狀變形而且與密封的操作特性和流體的物理特性有關。密封面之間的相對速度也是產生流體推力的一個重要因素。速度越大，流體推力越大。流體的特性，如比重，粘度，蒸汽壓，都會對液膜產生很大的影響。流體的比重和粘度越小，流體推力越小。由于以上特性，“液體緩沖墊”可以用于熱水，輕烴和氫氟酸等介質。 　　在確定是否需要“液體緩沖墊”時應考慮以下因素： 　　1） 汽化壓力： 密封腔的壓力低于液體的汽化壓力加上25 Psi （即1.7 Bar）時， 應同時綜合考慮溫度的因素。 　　2） 壓差： 密封面內外緣的壓差非常低或非常高（大于250 Psi 即17 Bar時），應考慮采用“液體緩沖墊”型式。因為當流體的壓力很低時，液體的壓力無法克服作用在密封面上的彈簧力，難于在密封面上形成所需液膜。而當流體的壓力很高時，密封面上的所受的液體閉合壓力也很高，同樣難于形成所需液膜。 　　3） 液體比重： 液體比重小于0.52。 　　目前，“液體緩沖墊”與“潤滑槽”一樣，均為集裝式密封。Flowserve的 BAW 系列以及John Crane的 LASERFACE系列均為此密封型式。 [b]5 . 熱水工況用機械密封型式比較 [/b]　　用于熱水工況的機械密封型式比較見下表1。 　　表1 用于熱水工況的機械密封型式比較表 　　密封面型式 　　傳統機械密封 　　“潤滑槽”機械密封 　　“液體緩沖墊”機械密封 　　密封面結構型式 　　平面 　　在較軟的密封面上開閉合槽 　　在任意的密封面上開出朝外緣面開口的凹槽或企口 　　沖洗方案 　　API Plan 21、23、 32 　　API Plan 02、11 　　API Plan 02、11 　　冷卻水 　　需要 　　不需要 　　不需要 　　密封腔壓力Pc 　　無限制 　　Pc Pc17Bar 　　注：Pc – 密封腔壓力；Pv – 介質的汽化壓力；△Pc – 密封面的內外緣壓差。 [b]6. 應用實例 [/b]　　在上海漕涇SECCO公司苯乙烯項目中，有一冷凝水泵的溫度是1170C，入口壓力為1.6 Bar，出口壓力為 7.2 Bar，密封腔壓力經計算約為3.2 Bar，介質的蒸汽壓為1.41 Bar，比重為0.951。 　　在原設計中，采用的是API plan 23 方案。該設計需要一套輔助管路系統、換熱器及其所需的0.7米3/小時的冷卻水消耗。我方與業主經過認真的研究和綜合比較后，決定采用“潤滑槽”（ QB Lube ） 型機械密封，沖洗方案為API Plan 11。設備購置費可以節省約30％，運行費可以節省約6000元/年（僅冷卻水消耗）。 　　由于“潤滑槽”型機械密封不需要冷卻水，避免了由于誤操作斷水而造成密封失效，以及因換熱器結垢而降低密封系統可靠性。此類密封型式已在歐洲和中東地區有了近40年的使用歷史。 　　除了在熱水工況中有許多的成功運用外，“潤滑槽”和“液體緩沖墊”密封已經大量成功地運用于一些特殊的工況，如：液化空氣，低溫液化氣，輕烴，氫氟酸等介質。由于它在以上特殊的工況中部分替代了干氣密封的使用，而購置成本與運行成本，操作難度都大大低于干氣密封，相信將會有愈來愈廣泛的應用。