雙螺桿泵針對各種典型應用工況機械密封選擇

針對各種船舶應用，電廠，化工廠，煉油廠，原油開采輸送領域中典型應用案例介紹及對應解決方案。

1.1 針對內河，湖泊，運河等油輪應用中輸油泵機械密封的選擇

內河，運河等穿梭的油輪，輸油船一般大約長度不超過120米，寬度不超過10米，載重噸位一般在4000噸以內，配備8到10個貨油艙。由于內陸河道吃水深度限制，一般船體設計比較扁平，船艙深度一般不超過5米，所以該應用螺桿泵一般是安裝在船中部的甲板上。輸送的介質通常是重質燃料油，比如（IFO380，IFO500, IFO750）。由于泵是安裝在甲板上，在泵開啟的時候，或卸較遠艙位的油品的時候，泵的進口壓力基本上會達到-0.3bar；極端工況，如抽底油掃艙的時候，由于吸上高度在大約4.5米，介質粘度比較高，加上管路閥門等阻力造成的壓力損失，泵的進口壓力能達到-0.8bar。這個時候一般會造成汽蝕，伴隨著異常的振動噪音等。一般在使用過程中隨著船艙油位下降到低液位的時候，螺桿泵會選擇通過變頻器控制降速運行。通用的轉速是1500rpm，低液位的時候一般會選擇750rpm。在最后掃艙階段，會通過手動控制閥門開度，提升介質流速來增加泵吸上能力，達到掃艙，清倉目的，通常剩余在最終集油盤位置的介質可以只剩幾升。

針對這種典型應用工況，雙螺桿泵機械密封的選擇需要注意泵經常需要應對的是抽空，負壓的工況，機械密封摩擦面可能得不到良好的潤滑和冷卻，因此要求機械密封選材要有良好的自潤滑性能的材質組合。此外應對自吸工況，靜環有可能會造成軸向竄動，造成動靜環之前出現磕碰損壞。為了避免該潛在風險，機械密封靜環需要選擇G13的靜環而不能選擇常規的G9靜環，需要加裝靜環壓蓋避免造成軸向竄動損壞。還有該工況由于一般泵的加熱保溫沒有做或很少用，特別是冬天時候運行容易出現由于介質粘度過高，造成機械密封過載。為了避免起泵的時候靜環隨動環轉動造成二次密封O-型圈的損壞失效，在油品額定工況粘度超過 380cSt的時候，機械密封靜環需要有一個定位銷防止靜環轉動。完整的材質選擇及機械密封的規格型號以博格曼機械密封為例，型號如下（注，機械密封材質代碼說明件附件）：

博格曼的通用型號為： M7SF，材料代碼：SAVGG； 對應靜環需要選擇G13 而不是G9的靜環；具體安裝布局圖請參考如下圖1，單端面機械密封典型安裝布局圖，其中位號261件為靜環定位銷，位號246的零件為靜環壓蓋（安全法蘭）。

1.2 針對內河，湖泊，運河等船舶應用中其他化學品等介質輸送工況機械密封的選擇

內河應用的船舶除了輸送原油和燃料油外，經常還會遇到輸送如下介質的應用，粘度一般在（1-10 cSt）: 汽油、柴油、煤油、石腦油、輕質燃料油、機床油、航空煤油、甲醇、乙醇、輕質化學品、海水、艙底水等等；一般內河船舶在輸送化學品或多用途船舶的時候，會出現輸送介質隨著運輸任務而發生變化的工況，螺桿泵可能需要應對變化的介質和變化的工況。

針對這種多變的介質及多變工況，機械密封選材除了以上提到的動靜環摩擦副需要有良好的自潤滑性能，良好的導熱性能之外，最主要需要注意的是二次密封，即O-型圈的選材。很多化學品對氟橡膠（Viton）會有溶脹作用，一般的丁晴橡膠及氟橡膠用不住，所以針對這樣的應用工況二次密封O-型圈選材應該選耐化學性能特別優良的全氟醚橡膠，比如 Kalrez6375, Chemraz 505 等，特別是在石腦油，甲醇，甲醚等化學品輸送的時候，必須選用全氟醚密封圈。

此外機械密封靜環的材料選擇需要選擇無壓燒結的石墨環，即合作樹脂浸漬碳石墨；靜環需要選擇G13結構，需要安裝靜環壓蓋防止空吸造成靜環軸向竄動磕碰損壞或機械密封位置錯位失效。機械密封結構及材料組合推薦使用：

博格曼機械密封：型號 M7NSF，材料代碼：SBKGG 或Q1BKGG；

1.3 針對遠洋油輪應用中機械密封的選擇

遠洋船舶和內河船舶的主要區別是，遠洋船舶噸位比較大，一般可以在5000 噸以上到 30萬噸這種量級。遠洋船的吃水深度大即油艙的深度一般在6-10米；因此貨油泵沒法直接安裝在甲板上，由于吸程過高，油品會無法吸出；因此貨油泵一般會安裝在專門的泵艙，涉及到防爆方面的要求，驅動裝置如電機或柴油機會在機艙，中間通過氣密的隔艙傳動裝置連接傳動。也可以通過液壓泵站液壓馬達的方式驅動；同理，液壓泵站需要電機驅動，所以液壓泵站及控制系統一般會安裝在上層或甲板上，通過高壓管線驅動液壓馬達，以便驅動貨油泵。由于貨油泵安裝在艙底，所以泵進口管路在初始的時候，由于貨油艙液位高度，一般會有0.6-1bar 的正壓。在液位高的時候，為了保證輸送效率，泵一般全速運轉，在低液位的時候，需要降速運轉。一般為了清倉或掃艙，即將艙底貨油完全排空，一般需要配備如W5或W6的小的貨油掃艙泵。進口負壓也常常能達到 -0.8 bar。

針對如上應用，機械密封的型號及材質組合選擇：

機械密封型號：M7SF， 材質組合：SAVGG 或 Q1AVGG；

1.4 油庫，罐區、港口、電廠等應用中機械密封的選擇及注意事項

在油庫，罐區，港口，或海上鉆井平臺，電廠等應用場合中，雙螺桿泵主要有兩種用途：

1. 作為裝船，卸船，裝車，卸車，倒灌等過程使用；火車槽車卸車泵通過共用匯管連接卸車，需要泵進口有很好的吸上性能。或通過軟管，鶴嘴管，輸油臂等完成卸車，泵可以是固定或移動安裝。

2. 增壓泵，通過螺桿泵給輸送介質加壓，以便輸送到不同的油罐或更高或更遠處的終端用戶，如電廠，化工廠等。

這種泵一般都是露天安裝或室外安裝，輸送介質多變，需要注意的是如果泵沒有良好的加熱保溫，特別是這種泵一般是間斷運行，冬天的時候很容易出現冷起泵的工況，即使是春夏季，環境溫度在20-30°C，輸送介質的溫度在環境溫度的時候，粘度也可能會特別高。比如重質燃料油IFO500， 在20°C的時候，粘度能超過2500cSt。這樣的工況起泵機械密封特別容易造成過載損壞。

因此針對這種應用工況，如果輸送介質相對固定，泵安裝在室內，泵有良好的加熱保溫等措施，運行工況比較友好，機械密封可以選擇：M7NSF，材質組合：Q1AVGG；

如果是應對比較不確定的工況，室外或露天安裝，加熱保溫等措施不具備或客戶不使用，機械密封的選型原則是選擇強度高的合金材料；機械密封可以選擇：M7NSF，材質組合：Q1U2VGG；

1.5 煉油廠、煉化廠、高溫瀝青輸送應用中機械密封的選擇及注意事項

在煉油廠，煉化廠中，典型的雙螺桿泵應用有輸送柏油，煤焦油，瀝青，渣油等，介質的溫度范圍一般在 100-400°C；具體取決于介質的種類，品種及生產過程。特別是在渣油負壓蒸餾過程中，溫度比較高，伴隨高粘，負壓等工況，對泵及機械密封的要求就特別高。

螺桿泵泵本身選擇是雙層殼體，全泵體加熱保溫的焊接結構。機械密封時候選擇耐高溫的金屬波紋管雙端面集裝式機械密封。根據具體介質及工況要求，選擇匹配API Plan 53A 或API Plan 54 沖洗方案。典型應用案例，比如匹配W7TXZ-94/2，輸送介質瀝青，機械密封選擇：

機械密封型號：MFLWT80-MFL85 （雙端面集裝式金屬波紋管機械密封）；

材料組合：AQ1GM6T4-AQ1GM5M6G1

沖洗系統：API-Plan 54

針對高溫，高粘應用，機械密封應該選用雙端面集裝式加帶壓沖洗方案，以便繼續密封能達到良好的潤滑和冷卻，保證泵和機械密封的使用壽命。如果只是從降成本方面考慮，能接受泄露的話，可以選用金屬波紋管單端面集裝式機械密封。機械密封需要有獨立的加熱及保溫裝置。

1.6 石化廠中高粘聚合物輸送應用中機械密封的選擇及注意事項

各種聚合物之間的特性本身就有很大的差別，主要表現在粘度及密度等特性差異，包括運動剪切速度對粘度的影響等，實際的粘度范圍在100-200,000 cSt 之間，甚至有可能更高。這取決于該介質是否是牛頓特性的介質或是觸變性介質，即起泵之前介質的粘度非常高，但隨著泵啟動，介質流動之后粘度大大降低，這樣的特性非常影響泵的設計選型。鑒于此，輸送高粘聚合物等泵必須帶變頻驅動，以便調節泵的轉速，調節泵的排量等。而且泵的進出口壓力壓力變化范圍也可能非常大，進口有時候接近真空的負壓狀態，也可能是反應釜中出來的進口壓力達到8.5Mpa（塞拉尼斯的流程泵）；化學反應的過程可能持續幾個小時甚至幾天；反應結束后，泵和管道會用特定的溶劑進行循環沖洗，這個過程也可能持續幾個小時，一般溶劑的粘度都非常低，在0.5-1 cSt 左右；所有該流程泵需要適合高粘度也需要適合低粘度工況運行。

以上工況機械密封的選擇，原則上都是選雙端面集裝式機械密封，配置只是API Plan 53C 或API Plan 54 的沖洗方案。由于高粘聚合體特性不同，選擇密封材料一般需要針對材料特性專門選擇，建議根據介質特性和密封廠家確認機械密封材質組合。

以下典型應用案例是塞拉尼斯工廠輸送醋酸乙烯脂應用案例：

機械密封規格型號是：HV-D10/102, 雙端面集裝式串聯結構布局；

材質組合：QQEG1+QQEG1； 沖洗系統：API Plan 54；

1.7 陸地或海水油田中雙螺桿泵應用中機械密封的選擇及注意事項

油田中螺桿泵主要有如下幾種典型應用，原油倒灌泵，裝船或卸船泵，管道增壓泵，生產水輸送泵，含油污水輸送泵，油氣混輸泵等。由于原油不同產區油品的差別特別大，粘度，組份等都不一樣，含稅率不同，粘度差別也很大。還有，一般油田含水污油或生產水都類似鹽水或海水，含有各自鹽，氯離子，甚至二氧化硫等，這種水在溫度稍微高一些，具有非常強的腐蝕性。因此對于輸送生產水，含水污油等介質，需要了解介質組份，溫度，粘度，正確選擇泵體過流部件及機械密封的材質組合才能保證該泵正常工作。

1.7.1 輸送經過分離處理的干凈原油輸送泵

干凈的原油輸送泵，機械密封選擇比較簡單，根據給定工況，確認介質溫度，粘度范圍，一般選擇： 規格型號：M7NSF， 材質組合：SAVGG 或 Q1AVGG 即可；

1.7.2 生產水（地層水）輸送泵機械密封選擇

對應這種應用機械密封選擇及材料組合，需要和客戶確定生產水的溫度，具體組份，特別是氯離子，硫化物等含量，確定是否屬于強腐蝕的應用范圍。典型的機械密封型號及材料組合是：M7NSF， 材料組合：Q1Q12KMM; 金屬保持架及彈簧選用哈氏合金材質。

1.7.3 復雜工況油氣混輸泵機械密封選擇案例

油氣混輸泵的工況中，泵送介質含油，含水，還含天然氣，而且組份復雜，甚至還含有少量沙子等固體可以。混合介質從油井抽出，未經處理二需要混合輸送，機械密封需要應對可能極高的腐蝕性，磨蝕性的介質；而且含氣比不固定，有時候甚至會出現100%含氣的情況，這時候如果是普通的機械密封，得不到良好的潤滑和冷卻很快就會失效。而且一般需要解決大排量，高含氣比的工況，機械密封有時候回安裝在泵的出口端即高壓端，機械密封還需要解決承受高壓問題。所以機械機械密封至少選平衡型機械密封帶API52沖洗方案，或選特殊的雙端面集裝式機械密封，帶API53/54 沖洗方案。

以下介紹一個典型的應用案例機械密封的選擇方案，哈薩克斯坦油田中螺桿泵型號為：MPC268-45/1； 進口壓力Ps=6bar, 出口壓力Pd=24bar, 排量324m3/hr； 含氣比GVF=96%，介質中含有H2S等；應對以上工況，機械密封解決方案為：

型號：HRKS1-D-E2-L+R; 材質組合：Q2Q2KMG1-AQ2VMG； 沖洗方案為：API Plan53/5