1、浸出車間降低溶劑消耗的密封技術措施 顧玉興倪培德無錫輕工大學食品學院 (江蘇省無錫市 :214036摘要 :溶劑消耗是浸出油廠的重要技術經濟指標 , 密封技術對降低浸出車間溶劑消耗起著重要 作用。 簡述了墊片靜密封、 填料動密封的基本原理 , 對浸出工藝裝置中的密封面進行了分析 , 提出了 相應的技術措施。關鍵詞 :浸出溶劑消耗密封泄露我國的浸出工業發展到現在 , 浸出車間的各項 技術經濟指標都有能力達到國際先進水平。目前全 國各浸出車間的溶劑消耗指標的差距還很大 , 其重 要的原因之一 , 就是由于沒有恰當地理解密封原理、 密封技術不合理、 密封面泄漏所造成的。浸出工藝裝置中密封的工作條件并

2、不苛刻 , 只 要密封技術措施合理 , 就能達到密封 , 就能有效地降 低密封面泄露而造成的溶劑消耗。本文介紹的內容 是 :工業己烷溶劑介質的密封技術。1墊片靜密封常用的是墊片密封。1. 1墊片密封基本原理大多數的密封接觸面總是有缺陷的 , 為了防止 泄露 , 都需要用螺栓力壓縮墊片材料 , 墊片把接觸面 的缺陷 (凹坑 填滿。只有當墊片發生一定的塑性變 形 , 墊片材料確實地把所有的凹坑都填滿時 , 才能防 止泄露。墊片密封設計 , 考慮的基本事項是 :能適應操作 條件的墊片材料 , 螺栓壓緊力產生的墊片接觸壓力。 內部介質壓力和溫度的變化經常導致密封失效 , 造 成泄露。1. 2墊片密封技

3、術設計參數墊片靜密封設計一般憑經驗。到目前為止還沒 有可靠的理論分析設計方法。 設計參數是 :內部介質 壓力 P (M Pa , 預緊密封比壓 Y (M Pa , 操作密封比 壓 mp (M Pa , 墊片系數 m 。1. 2. 1墊片系數也稱壓緊系數 , 是操作密封比壓和 內部介質壓力之比值 , 是確保有缺陷的密封接觸面 無泄露的安全系數。1. 2. 2預緊力必須使墊片均勻壓實 , 在密封面和墊 片之間達到足夠的預緊密封比壓 Y , 同時還應保證 操作時在墊片上殘留的壓力必須大于或等于操作密 1. 2. 3預緊壓力越大 , 越有利于密封。1. 2. 4墊片的 Y 和 m 值越小 , 密封所需

4、的螺栓壓 應力越小 , 也就越容易密封。墊片越軟、 越厚 , 則 Y 和 m 值越小。1. 3墊片材料對墊片材料的基本要求是 :耐介質腐蝕 , 不污染 介質 , 在操作溫度下不易變質、 硬化或軟化 ; 具有良 好的塑性變形能力 , 確保填滿密封接觸面的凹坑 ; 由 于流體靜壓力造成螺栓伸長 , 密封比壓下降 , 為確保 密封 , 必須進行補償 , 因此要有良好的回彈能力 ; 為 避免墊片被壓潰和擠出 , 破壞密封條件 , 因此要有一 定的機械強度 , 并且有適當的柔軟性。1. 3. 1耐油石棉橡膠板 :是以石棉、 丁腈橡膠為主 體制成的 , 是應用最多的密封材料。標準 :GB 539-83,

5、牌號 NY 300。中 壓 石 棉 橡 膠 板 (谷 稱 紅 紙 板 :標 準 GB 3985 83, 牌號 XB 350(紅色 。 由于耐油、 耐溶 劑性差 , 一般用于非溶劑介質的密封面。1. 3. 2耐油橡膠板 :一般是以丁腈橡膠制成的 , 而 丁腈橡膠是由 1, 3-丁二烯和丙烯腈共聚而成的 ; 主要 用于 低溫、 低 壓條 件下的 視鏡密 封面。標 準 HG 4-400-66, 牌號 3001, 3002。1. 3. 3聚四氟乙烯包墊 :由專業廠生產 ; 應用范圍 極廣 , 但價格高 , 主要用于密封要求高 , 其他密封材 料無法達到要求的密封面 ; 該墊片的結構是 :內具有 彈性變

6、形的金屬平面圓周波形墊片 , 墊片的上面和 下面墊有軟墊。1. 3. 4聚四氟乙烯浸漬石棉編織墊 :主要用于面積 較大、 不平、 不規則的密封面。1. 3. 5工業己烷溶劑介質的密封墊片設計參數見 附表。1. 4螺栓力28中 國油脂 1997年第 22卷第 6期附表工業己烷溶劑介質的密封墊片設計參數墊片材料 使用范圍 密封接觸面 墊片參數 壓力 溫度型式 表面粗糙度m y (M Pa 耐油石棉橡膠板 0. 6 150突面 12. 5 m 3. 010耐油橡膠板 0. 2 80突面 25 m 1. 00. 1四氟包墊 1. 6 180凹凸面 6. 3 m3. 05四氟浸漬石棉墊 0. 2 180

7、平面3. 05壓力有關 ; 對于非金屬軟性墊片常配以接觸面較寬 的墊片 , 接觸面增寬則所需的螺栓力相應增加 ; 螺栓 力產生的墊片接觸壓力還和聯接件的剛度有關 , 剛 度大則螺栓力能均勻地傳遞到整個墊片上 ; 螺栓力 增大 , 接觸面增寬 , 剛度增大 , 都能提高密封性能。 2填料動密封浸出工藝裝置中常用的容易泄漏的是填料密 封。2. 1填料動密封基本原理普通壓緊式填料是由纖維編結或扭制而成的 , 一般大約有 40%45%的空隙被潤滑劑填滿 ; 填料 被裝入填料箱后 , 擰緊壓蓋對填料作軸向壓縮 , 增加 了填料對軸表面、 填料對填料箱壁面的接觸 ; 與此同 時 , 填料中的潤滑劑被擠出

8、, 在接觸面上形成潤滑 膜 , 由于接觸狀態并不是特別均勻 , 接觸部位便出現 “ 邊界潤滑” 狀態 , 稱為“ 軸承效應” ; 而未接觸的凹部 形成環槽 , 有較厚的潤滑膜 , 當軸與填料有相對運動 時 , 接觸部位和非接觸部位組成不規則的迷宮 , 起阻 止流體泄漏的作用 , 稱為“ 迷宮效應” 。 良好的密封在 于維持“ 軸承效應” 和“ 迷宮效應” 。 2. 2潤滑與密封潤滑理論是所有面接觸動密封的基礎。密封面 之間存在的非常薄的潤滑膜是獲得良好密封性能的 關鍵 , 但潤滑膜的密封功能至今仍是一個迷。基本潤滑模式有四 種 :全氣膜潤滑、 全液膜潤 滑、 氣體邊界潤滑、 液體邊界潤滑。 全

9、氣膜潤滑、 全液 膜潤滑的泄漏量較大 , 只要條件允許 , 可以把氣體 邊界潤滑轉化為液體邊界潤滑 , 幾乎絕大多數的密 封是液體邊界潤滑 , 其密封性能最好。潤滑劑可以使用介質流體或輔助流體 , 輔助流 體一般是和介質相容的液體 , 采用輔助流體能提高 密封性能。2. 3填料動密封特點2. 3. 1理想的軸是不可能密封的 , 必須有一定的徑 向跳動、 偏心度、 表面粗糙度和表面硬度為潤滑膜提 供附著力 , 使其能附著在軸表面 ; 而理想軸會產生粘 著和滑動交替出現的現象 , 由于缺乏合適的潤滑 , 使 , 是不完全正確的 , 密封住流體 , 不使泄漏的是潤滑膜而不是固體填料。填料密封總會有一

10、定程度的泄漏。 一般型式的封料只能對流體的流泄起節流的作用 , 而不能將其阻止或封閉 , 這也就是“ 只有泄漏時 , 填料才能密封” 這句話的道理。 2. 3. 2良好的密封要保持良好的潤滑 和適度的壓緊 , 若潤滑不良或壓得過緊 , 都會使潤滑膜中斷 , 造成填料與軸之間出現干摩擦 , 最后導致軸出現磨損。因此 , 需要經常 對填料的壓緊程度進行調整 , 以及填料中的潤滑劑 在運行一段時間流失之后 , 再擠出一些潤滑劑 , 同時 補償填料因體積縮小而造成的壓緊力松馳 , 重復這 種循環直到填料中不存在潤滑劑為止。填料由于干 燥而失效 , 因此定期更換填料是必須的。 當填料中的 潤滑劑全部被擠

11、出時 , 填料開始泄漏 , 并對軸的表面 產生擦傷破壞。2. 3. 3加強潤滑措施 , 選擇自潤滑性能 良好的填 料 , 能顯著地提高填料密封性能。 填料壓蓋所施加的 力在填料內 (軸向 是按拋物線分布的 , 普通填料箱 壓蓋處的填料承受的壓力最大 , 該處的密封效果最 好 , 也最需要潤滑。因此 , 過多的填料圈沒有多大的 作用 , 實際應用填料圈的數量以不超過 5圈為合適。 2. 4填料的選擇浸出工藝裝置中常用的填料有 :石棉纖維類填 料 :油浸石棉盤根填料 , 浸漬四氟乙烯石棉繩填料 , 浸漬四氟乙烯石棉盤根填料 ; 合成纖維類填料。 碳纖 維填料 , 氟纖維填料 ; 膨脹石墨填料。傳統

12、的油浸石棉盤根填料填充的潤滑劑主要是 潤滑油及少量的石墨 , 耐溶劑性能較差 , 一般只能用 于低負荷參數場合的動密封。其他上述纖維類填料填充的潤滑劑主要是聚四 氟乙烯乳液 , 具有良好的自潤滑性和耐溶劑性 , 將代 替傳統的油浸石棉盤根填料。碳纖維填料對軸的磨 損極微 , 能用于中等負荷參數的動密封 , 是一種性能 優越的新型填料。膨脹石墨填料是一種較新型的填料 , 由于裝填 較困難 , 應用較少。 但膨脹石墨制成的密封件在動密 封、 靜密封中的應用是很有潛力的。 3密封技術措施浸出工藝裝置降低溶劑消耗、 降低密封面泄漏 的技術措施是 :微負壓力操作 , 避免溶劑 向大氣泄 漏 ; 降低介質

13、的密封壓力 , 盡量減小密封面的面積 ; 密封面的結構型式和密封件的選擇、 設計、 加工及安 裝應合理 , 并定期維護保養。 291997年第 22卷第 6期 中國油脂浸出工藝裝置中的 靜密封面主要有 :法蘭、 視 鏡、 液位計等。3. 1. 1法蘭 (管法蘭、 設備法蘭、 人孔、 手孔 一般都 以密封面泄漏的形式出現 , 很少因強度不足而引起 破壞的形式出現。法 蘭密封面型式有三種 :突面 (光滑面 、 凹凸 面、 榫槽面。常用的是突面 , 一般廣泛應用的密封條 件是 :使用壓力小于 0. 6MPa 。 為了防止非金屬軟性 墊片被擠出密封面 , 常在密封面上加 24條水線 槽。突面密封性能比

14、凹凸面、 榫槽面差 , 但換墊片容 易。 為提高密封性能 , 只要條件允許應盡量選用榫槽 面和凹凸面 , 且優先選用榫槽面。溶劑對密封面的沖刷和腐蝕易造成泄漏。榫槽 面由于槽面的阻擋 , 受介質的沖刷和腐蝕較小 ; 突面 由于密封面較寬 , 有部分腐蝕對密封性能的影響較 小 ; 凹凸面常采用的措施是在密封面上堆焊不銹鋼 , 減少由于腐蝕而造成的泄漏。需引起注意的是 :有些成套設備中 , 為減小材料 用量 , 未按標準設計 , 降低了法蘭的剛性 , 往往會由 于壓緊力不夠而造成泄漏。管法蘭常用的是突面板式平焊法蘭 , 該法蘭 (標 準 HGJ 45 91 標準中不允許 用于有毒、 易燃易爆 或具

15、有較高真空度要求的工藝配管系統 , 但在浸出 工藝裝置中仍可跳級選用 , 且一般選用 PN1. 0MPa 的標準管法蘭 , 能和 PN 1. 6M Pa 、 DN 200的閥門 對接。 管法蘭一般應安裝在管道受力較小的位置上 , 便于換墊片 , 且容易壓緊。3. 1. 2組合式 視鏡 (標 準 HGJ 21505 92 由于視 鏡玻璃與法蘭壓蓋組成一體 , 可以象法蘭盲板一樣 聯接 , 不必擔心玻璃的破裂 , 且密封墊片采用了專門 設計的聚四氟乙烯包覆限位墊片 , 密封性能較好。 組 合式視鏡值得在油廠中推廣應用 , 且有備件時可實 現快速清洗、 更換。玻璃管視鏡雖然價格便宜 , 但由于安裝在

16、管道 上裝拆困難 , 且密封性能較差 , 可選用組合式視鏡制 成管道視鏡。3. 1. 3玻璃管液位計雖然應用較廣 , 且價格便宜 , 但存在的不足也是十分明顯的。可選用磁性浮子翻 板系列液位計 , 該液位計具有 使用范圍極廣、 功能 多、 量程范圍大 , 液位或分液界位現場顯示醒目等優 點。 且介質置于密封系統 , 液位指示的標志與介質完 全隔離 , 密封性能極佳 , 但價格較貴。3. 2動密封技術措施浸出工藝裝置中的動密封是 :泵軸和設備軸。 通常認為液體比重大于 0. 65時 , 其具有的潤滑 性對大部分摩擦是足夠的 , 因此液體介質密封時形 成的液體邊界潤滑膜可以是工業己烷溶劑。當然自

17、潤滑性質良好的材料 , 采用輔助流體潤滑能進一步 提高密封性能。而氣體介質密封時形成的氣體邊界 潤滑膜密封性能較差 , 一般都需要輔助液體潤滑 , 使 氣體邊界潤滑轉換成液體邊界潤滑 , 提高密封性能。 3. 2. 1泵軸可選用的密封型式是 :單端 面機械密 封 , 為避免雜質對密封面的磨損 , 常用新鮮溶劑沖洗 密封面。唇環密封常選用的是 :有彈簧骨架密封圈 (油封圈 , 由于彈簧力形成恰當的過盈配合 , 保證了 液體邊界潤滑膜達到最佳狀態 , 因此密封性能良好 ; 動力密封 (離心密封、 付葉輪密封 是在泵葉輪背面 設些小的葉片 , 顯著減小軸封處的液體壓力 , 甚至可 達到微負壓狀態 ,

18、 使液體不向大氣泄漏 , 因此能顯著 地提高密封性能 , 但不能單獨應用。 泵軸很少選用填 料密封。3. 2. 2設備軸密封的介質通常是溶劑氣體 , 拆裝十 分困難 , 常選用填料密封 ; 由于密封壓力較低 , 只要 填料箱、 軸設計加工合理 , 選擇合適的填料 , 填料裝 填方法正確 , 其密封性能較好。3. 3閥門選擇傳統常用的旋塞閥密封性能極差 , 應選用蝶閥 和球閥。由于密封材料、 結構的改進 , 蝶閥的使用性能、 使用壽命、 密封性能等指標都超過了球閥 , 且價格比 球閥便宜 , 值得推廣應用。4結語降低浸出車間溶劑消耗的最重要的環節是 :加 強技術措施和技術管理 , 杜絕溶劑的跑冒滴漏。 密封 面的泄漏雖然不可避免 , 但只要加強密封技術措施 , 仍可將泄漏降低到最低的合理水平。 到目前為止 , 密 封設計仍是建立在經驗基礎上的 , 還沒有可靠的理 論設計分析法。 密封技術和密封材料的發展極快 , 本 文僅拋磚引玉 , 旨在加深對密封基本理論原理的理 解 , 減少失誤 , 降低溶劑消耗。參考文獻1劉后桂 . 密封技術 , 長沙 :湖南科學技術出版社 , 1981