在石油化工行業(yè)中，離心泵具有性能范圍廣、流量均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。它們應(yīng)用廣泛，占已安裝泵總數(shù)的70%至80%。常見(jiàn)的離心泵有單端密封離心泵、雙端密封離心泵和屏蔽泵。因此，在輸送危險(xiǎn)物料時(shí)，單端密封離心泵、雙端密封離心泵或屏蔽泵中哪一種比該種泵更安全、更經(jīng)濟(jì)。本文以甲醇裂解制氫裝置的甲醇輸送泵為例，對(duì)這三類離心泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軸封特點(diǎn)進(jìn)行分析和討論。

1. 案例

某石化企業(yè)擁有甲醇裂解制氫裝置。原料由甲醇輸送泵P-3307A/B送至機(jī)組進(jìn)料泵。甲醇輸送泵的工藝技術(shù)參數(shù)如下：

表1-1：甲醇輸送泵工藝技術(shù)參數(shù)

序列號(hào)設(shè)備名稱設(shè)備編號(hào)輸送介質(zhì)流量m3/h 揚(yáng)程m 溫度1 甲醇輸送泵P-3307A/B 甲醇3010040 甲醇的特性： 甲醇是一種有機(jī)化合物，密度為0.791 g/mL，沸點(diǎn)為64.7C。甲醇無(wú)色、易燃、易爆、有毒，極易揮發(fā)。誤飲510毫升可導(dǎo)致失明，大量飲用可導(dǎo)致死亡。 《常用危險(xiǎn)化學(xué)品分類和標(biāo)簽》（GB13690-92）將該物質(zhì)歸為閃點(diǎn)易燃液體，屬于3.2類。

2、各泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及軸封特點(diǎn)

一、機(jī)械密封概述

機(jī)械密封（又稱端面密封）是用于解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間問(wèn)題的密封裝置。它由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成。在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用下起輔助密封作用。當(dāng)配合在一起時(shí)，它們保持配合并相對(duì)滑動(dòng)以形成防止流體泄漏的裝置。它們通常用于旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械，例如泵和壓縮機(jī)。機(jī)械密封的基本部件由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓蓋、推環(huán)、彈簧、定位環(huán)、軸套和輔助密封（動(dòng)、靜環(huán)密封、軸套密封）組成。其機(jī)械密封外形及結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示。

機(jī)械密封的工作原理如圖2-2所示。它依靠彈性元件（如彈簧或波紋管，或波紋管與彈簧組合元件）和密封介質(zhì)的壓力，在旋轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使兩個(gè)端面緊密貼合，端面之間保持一層很薄的液膜，達(dá)到密封的目的。這種液膜具有動(dòng)壓和靜壓，起到潤(rùn)滑和壓力平衡的作用。

機(jī)械密封一般有四個(gè)密封部位（通道），如圖2-2中的A、B、C、D所示。通道A為動(dòng)密封，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的端面接觸相互配合并相對(duì)于彼此滑動(dòng)。它是機(jī)械密封裝置中的主要密封件，也是決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵。 B位置為靜環(huán)7與壓蓋4端面之間的密封； C位置是動(dòng)環(huán)3與軸（或軸套）9配合面之間的密封，由于它能隨補(bǔ)償環(huán)軸向移動(dòng)，起到密封作用，因此也稱為二次密封； D位置為壓蓋與泵殼端面之間的密封。 B、D、C為靜密封，一般不易發(fā)生泄漏。

2、單端密封離心泵的結(jié)構(gòu)及軸封特點(diǎn)

如圖2-3所示，單端密封離心泵的軸封由一對(duì)摩擦副密封端面組成。它只有一級(jí)密封，通常帶有自沖洗系統(tǒng)，無(wú)外部供液沖洗和冷卻系統(tǒng)。該級(jí)別密封當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，泵內(nèi)介質(zhì)將直接泄漏到環(huán)境中，主要適用于一般介質(zhì)情況。與其他輔助密封件配合使用，可用于有懸浮顆粒、高溫、高壓的場(chǎng)合。

圖2-3：?jiǎn)味嗣芊?

3、雙端面密封離心泵的結(jié)構(gòu)及軸封特點(diǎn)

如圖2-4所示，雙端面密封離心泵的軸封由兩對(duì)摩擦副密封端面（動(dòng)靜環(huán)摩擦副1、動(dòng)靜環(huán)摩擦副2）組成。需要外部密封液體系統(tǒng)，具有泄漏液體收集功能。及雙重機(jī)械密封的泄漏報(bào)警裝置。第一級(jí)是內(nèi)部機(jī)封，受泵體過(guò)程介質(zhì)的潤(rùn)滑和沖洗；第一級(jí)是外部機(jī)封，由外部供液系統(tǒng)進(jìn)行冷卻和沖洗。雙端密封有兩級(jí)密封。當(dāng)內(nèi)機(jī)械密封泄漏時(shí)，首先泄漏到外機(jī)械密封的沖洗和冷卻系統(tǒng)壓力罐，而不是直接泄漏到環(huán)境中，確保初始安全。只有內(nèi)外機(jī)械密封均泄漏時(shí)，泵介質(zhì)才會(huì)泄漏到環(huán)境中。適用于高腐蝕性、高溫介質(zhì)、氣體介質(zhì)、易燃、易爆、揮發(fā)性、低粘度介質(zhì)以及高真空等場(chǎng)合。

圖2-4：雙端密封件分解圖

4、屏蔽泵的結(jié)構(gòu)及軸封特點(diǎn)

(一)屏蔽泵的工作原理及結(jié)構(gòu)

如圖2-5所示，屏蔽泵為無(wú)密封泵。泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)密封在充滿泵送介質(zhì)的壓力容器中。該壓力容器僅具有靜態(tài)密封并由線組提供。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。這種結(jié)構(gòu)取消了傳統(tǒng)離心泵的轉(zhuǎn)軸密封裝置，因此可以完全無(wú)泄漏。

屏蔽泵是離心泵的一種特殊形式，主要由泵體、葉輪、定子、轉(zhuǎn)子、前后導(dǎo)向軸承、軸套和推板等組成。電機(jī)和泵合二為一。定子和轉(zhuǎn)子的表面采用非磁性薄壁材料封裝，并與過(guò)程介質(zhì)隔離。轉(zhuǎn)子由前后導(dǎo)向軸承支撐，浸沒(méi)在輸送介質(zhì)中。轉(zhuǎn)子軸端裝有葉輪，形成軸無(wú)密封結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)泄漏輸送。

圖2-5:屏蔽泵

1. 泵體2. 葉輪3. 前軸承4. 定子5. 轉(zhuǎn)子6. 軸7. 后軸承

8. 推板9. 軸承監(jiān)視器

(2)屏蔽泵的軸封特性

從屏蔽泵的原理和屏蔽泵的結(jié)構(gòu)（圖2-5）可知，屏蔽泵沒(méi)有旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，即沒(méi)有動(dòng)密封，只有靜密封。因此，當(dāng)靜密封點(diǎn)完好、無(wú)泄漏時(shí)，屏蔽泵即可滿足無(wú)泄漏的要求。

3、安全性與經(jīng)濟(jì)性比較

（一）從安全性比較角度解釋

設(shè)備的安全評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)問(wèn)題，包括設(shè)備本身質(zhì)量的可靠性和設(shè)備的完整性，以及環(huán)境和人類行為對(duì)設(shè)備安全的影響。由于本文主要討論單端密封離心泵、雙端密封離心泵和屏蔽泵在輸送危險(xiǎn)物料時(shí)的安全性，因此對(duì)這三種泵的安全評(píng)價(jià)重點(diǎn)是泵泄漏造成的危害。目前的安全性比較僅基于泵的結(jié)構(gòu)和軸封特性。當(dāng)軸封失效泄漏，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏到環(huán)境中時(shí)，對(duì)人身健康、環(huán)境保護(hù)、安全可能造成的后果進(jìn)行考慮和比較。

(2)甲醇輸送泵泄漏時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)

從該案例可以看出，輸送泵輸送的介質(zhì)為甲醇，具有極強(qiáng)的揮發(fā)性、無(wú)色、易燃、易爆、有毒。易燃，其蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物。遇明火或高熱能引起燃燒、爆炸。與氧化劑接觸可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或燃燒。在火災(zāi)中，加熱的容器存在爆炸的危險(xiǎn)。在較低的地方可以蔓延到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，遇到明火會(huì)引起回火。燃燒分解一氧化碳、二氧化碳和水。有劇毒。

(3)輸送甲醇危險(xiǎn)品輸送泵的安全性比較

根據(jù)甲醇泵輸送甲醇有害物質(zhì)可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)以及泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和軸封特性分析，可以看出，輸送甲醇時(shí)采用單端密封離心泵、雙端密封離心泵、屏蔽泵有害物質(zhì)：

有蓋泵可以滿足無(wú)泄漏的要求，因此是最安全的。

雙端面密封離心泵有兩級(jí)密封。當(dāng)內(nèi)級(jí)機(jī)封泄漏時(shí)，會(huì)首先泄漏到外級(jí)機(jī)封的沖洗冷卻系統(tǒng)壓力罐中，而不是直接泄漏到環(huán)境中，保證了初始安全，因此相對(duì)更安全。

單端密封離心泵只有一級(jí)密封。機(jī)械密封發(fā)生泄漏時(shí)，泵體內(nèi)的介質(zhì)會(huì)直接泄漏到環(huán)境中，因此安全性一般。

(4)經(jīng)濟(jì)比較

從經(jīng)濟(jì)上比較，單端封離心泵和雙端封離心泵的設(shè)備投資費(fèi)用稍低，但后期設(shè)備故障率較高，需要維護(hù)；而屏蔽泵對(duì)制造工藝技術(shù)要求較高，因此初期設(shè)備投資成本較高，一般是國(guó)產(chǎn)離心泵的2-4倍，但后期設(shè)備維護(hù)費(fèi)用會(huì)相對(duì)較低。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，單端面密封離心泵和雙端面密封離心泵的后期維護(hù)費(fèi)用約為屏蔽泵的兩倍。

綜上所述，在輸送甲醇危險(xiǎn)品時(shí)，單端封離心泵、雙端封離心泵、屏蔽泵的安全性和經(jīng)濟(jì)性比較如下表3-1所示：

表3-1：安全經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析表

序列號(hào)設(shè)備名稱軸封特性泄漏特性安全經(jīng)濟(jì)1 單端面密封離心泵旋轉(zhuǎn)軸密封/一對(duì)摩擦副密封端面機(jī)械密封泄漏介質(zhì)直接泄漏到環(huán)境中通用設(shè)備投資低/維護(hù)高2 雙端面密封離心泵旋轉(zhuǎn)軸密封/兩對(duì)摩擦副密封端面內(nèi)機(jī)械密封的泄漏，首先泄漏到外機(jī)械密封。只有當(dāng)內(nèi)外機(jī)械密封都泄漏時(shí)，介質(zhì)才會(huì)泄漏到環(huán)境中。中等投資/高維護(hù)的好設(shè)備3 屏蔽泵無(wú)旋轉(zhuǎn)軸密封/無(wú)泄漏無(wú)泄漏高投資/低維護(hù)的優(yōu)秀設(shè)備

4。結(jié)論

石油、化工設(shè)備中對(duì)泵的要求必須滿足介質(zhì)特性的要求。必須充分考慮輸送介質(zhì)的特點(diǎn)、工作環(huán)境的特點(diǎn)、安全環(huán)保要求和經(jīng)濟(jì)成本。安全第一，經(jīng)濟(jì)第一。一般情況下，首選單端密封，因?yàn)樗Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格低廉。但在以下特殊場(chǎng)合，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行選擇：

(1)輸送易燃、易爆、揮發(fā)性低溫介質(zhì)(液化石油氣等)、有毒或昂貴介質(zhì)的泵需要可靠的軸封或無(wú)泄漏泵。應(yīng)優(yōu)先選用無(wú)泄漏泵，如屏蔽泵、磁力泵或帶有泄漏收集和泄漏報(bào)警裝置的雙機(jī)械密封。

因此，在這種情況下，甲醇裂解制氫裝置的甲醇輸送泵輸送的介質(zhì)甲醇是易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、危險(xiǎn)的介質(zhì)。應(yīng)優(yōu)先考慮安全性，并考慮經(jīng)濟(jì)性。所輸送的介質(zhì)甲醇是一種非常潔凈的物質(zhì)，非常適合屏蔽泵的介質(zhì)要求。這樣，后期泵的故障率就會(huì)少一些，維護(hù)成本也會(huì)低很多。一備份一用，整體設(shè)備投資不是很高。因此，在輸送甲醇等易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、危險(xiǎn)介質(zhì)時(shí)，選擇屏蔽泵是最好的解決方案。