解析湿法磷酸生产用泵密封技术研究(全文)

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摘要：本文介绍了湿法磷酸生产用泵密封技术的研究现状和历程，对填料密封、机械密封、组合密封和动力密封的机构和特点进行了简单的介绍，并指出了湿法磷酸生产用泵密封技术今后的发展方向。

关键词：湿法磷酸生产泵密封技术密封

湿法磷酸的生产过程中需要使用大量的泵，这使得这些泵的密封技术成为制约企业生产能力和生产质量的关键点和难点。常用的湿法磷酸生产用泵密封技术主要有填料密封、机械密封和动力密封三种。而目前生产过程中的主要密封形式都需要冷却和用的冲洗水，但是冲洗水通入后会对介质产生不利影响，而且不符合环境保护和节能的社会要求。磷酸生产企业迫切的需要进行新密封技术的改革，寻求高效节能的新型密封技术。

一、湿法磷酸生产过程中输送的介质

湿法磷酸生产输送的介质具有强腐蚀、固体颗粒含量高和易结晶的特征，运输这些介质的泵的工作环境极其的恶劣，从而导致密封装置的寿命极其的短暂。改善泵的密封技术成为企业降低成本、提高经济效益的重要途径。

二、填料密封技术

填料密封技术是现有湿法磷酸生产过程中的主要密封方法，一般通过压盖压紧填料函中的填料，使填料和轴、轴套之间形成一个密封面从而保证泵的密封，详见图1。为了防止介质泄露和空气的混入，填料要选用耐介质腐蚀、并且有一定的强度、弹性和可塑性，通常是选用碳纤维和芳纶纤维等。

图1 填料密封图2 动力密封+填料密封

填料密封技术在结构和操作方法上有一定的优势，但是密封性相对的较低，填料和轴、轴套之间的磨损极其的严重，功耗消耗极大，而且需要频繁的进行填料的更换。而且在机器的开机和停机过程中会出现一定的泄露，泄露出来磷酸冷却时会析出固体粉末，粉末沉积在轴的表面形成高硬度的结垢，这将严重磨损填料，而填料的磨损又会加剧磷酸的泄露，形成一个恶性的循环，进而严重影响机器的运行，导致生产能力大为降低。

为了降低密封填料的磨损压力，可以采用填料密封和氟橡胶成型填料的K形密封以及动力密封配合使用，如图2所示。其中动力密封可以降低密封腔的压力，而填料密封能保证机器在开启和关闭时不出现磷酸的泄露，这种动力密封+填料密度的模式大大增强了装置的寿命和泵的密封性。

三、机械密封技术

机械密封技术是指一对或者一对以上的垂直于旋转轴线的端面在通过流通压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的密封装置。机械密封技术在面对油质和液体的清洁介质时有很大的稳定性，但是如果介质中出现腐蚀性物质和固体颗粒时就容易引起机械故障。

在现在通用的湿法磷酸生产过程中，应用较多的是中间注水的双端面机械密封，如图3。通常注水的压力高于密封腔0. 1～0. 2MPa，但是在实际情况中，密封端的注水会出现流入系统的情况，使得介质被稀释。还会出现介质通过第一组密封端面进入密封腔内，进而沉淀结晶，这个结晶形成的垢层严重影响轴的运转，同时还会出现结晶硬块卡死装置内部弹簧，造成弹簧失效引发介质泄露现象。

现在市场上有一种改良的单端面机械密封技术，如图4，主要是把两个端面减少成一个端面，并且聚四氟乙烯耐磨节流环与动环的间隙控制在0. 3～0. 5mm之间，这种模式可以有效的组织颗粒介质流入密封腔，大大降低了进入系统的密封水量。

现今流行的一种组合的密封方法是由机械密封和填料密封一起构成的，如图5所示。泵的主体密封是由机械密封构成的，摩擦副材料为SiC对SiC，而冷却水的密封则是由填料密封来完成。这是一种从国外引进的较先进的密封模式，整体呈现一个集装箱的结构，具有安装方便和较长使用寿命的特点，是目前较为受欢迎的密封技术。但是这种技术也存在一定的缺陷，整体结构体积较大，需要泵的制造商专门设计匹配的密封腔，价格也相对昂贵。

图3 双端面机械密封图4单端面机械密封

图5 组合式机械密封图6 无水机械密封

以上的机械密封和填料密封技术都一定程度上需要水尽心冷却和。这使得冷却水进入系统，迫使介质结晶，介质稀释的问题难以避免。在这中情况下，相关专业人员提出了一种无水的密封技术，如图6，但是这种无水的密封技术目前还未广阔的应用。无水机械密封技术只在少数的行业中得到应用，只需要定期的进行外部冲洗和清理泄露物，极大减少了工作量，并且杜绝了介质的稀释和结晶问题，值得我们积极推广。

四、动力密封技术

动力密封技术是依靠螺旋密封、背叶片密封和副叶轮旋转动力进行密封的装置，详见图7。当机械停止运转时，动力密封装置也停止了功能，所以需要配备机械停车密封装置，在目前的湿法磷酸行业中，常用的是副叶轮密封技术。

图7 动力密封

这种技术如果应用的得当，在机械运转时可以完全依靠自身动力进行密封，停止运转时则启用了机械停车密封装置。因为这种装置也不要冷却水的使用，也是一种新颖的无水密封技术。但是这种只靠副叶轮动力来实现密封的技术只适合较低扬程的泵。

在我国有一种背叶片+无水机械密封的技术，这种技术在停机时候采用无水机械密封，当机械进行运转的时候，密封腔不存在介质时，密封端面自动脱开，不会出任何的泄露现象。泵在停机的时候，副叶轮失去动力，密封腔内部将充满介质，介质的压力迫使密封断面闭合，形成密封效果，避免外部冲洗水的流入。副叶轮机械密封技术在使用寿命和解决介质被冷却水稀释方面起到了良好的效果。

这种密封技术的弊端在于泵的倒灌和高扬程以及介质容易结晶问题上，而且机械停机密封的寿命较短、可靠性不强。叶轮的惯性下会使得密封腔形成低压，这使得倒灌的介质难以完全的排出，副叶轮容易被结晶堵塞，从而使得泄露现象频发。

五、结论

现今的磷酸生产企业通用的泵密封技术主要是水冷却的机械密封和填料密封技术，动力密封技术不够成熟，在实际应用方面存在缺陷。但是磷酸生产企业有自身的特殊性，冷却水对企业生产的质量和产量都有极大破坏作用，这需要我们积极进行无水密封技术的开发和利用。可以大规模推广的无水密封技术一直被磷酸行业迫切期待，这也是磷酸生产用泵密封技术研发的致力方向。

参考文献

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解析湿法磷酸生产用泵密封技术研究

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