用于高温高压旋转机械的密封装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于旋转动密封的机械密封装置，适用于高温高压复合工况下的旋转动密封。
【背景技术】
[0002]目前解决高温介质工况的旋转轴密封，通常采用金属波纹管密封，耐受温度可以达到450°C，但同时能承受的压力则有限，最高耐压也不超过6MPa。对于高压介质工况的旋转轴密封，可以采用弹簧式机械密封，目前最高耐受压力可以达到15MPa，但弹簧式密封结构因受其中橡胶件的限制，其耐受温度一般不超过300°C。
[0003]当温度超过300°C、压力超过6MPa，旋转轴的密封是目前一个很难解决的问题。由于受密封技术的制约，导致限制了相关高参数机器设备的应用。以石化行业为例，为适应节能减排要求，通常需采用对油品的加氢精制工艺进行精制，提高油品品质，降低油品中硫、氮等有害物的含量。例如，柴油连续液相加氢工艺中的关键设备之一是高温高压循环泵，其典型工况参数包括:介质:柴油；压力:10.5 MPa ;温度:410°C ;泄漏量性能要求为:内侧密封< 20ml/h，外侧密封< 5ml/h ;最低使用寿命:8000h。针对这类高温高压工况，图1是目前的一种高温高压无润滑密封装置，采用的是耐高温的石墨盘根(15)的叠合使用，通过压盖(18)压紧，使石墨盘根压扁，外圆直径变大，内孔直径变小，填满密封腔实现密封。从进气口注入比物料压力还高的氮气，来阻挡物料泄漏，同时带走部分密封摩擦的热量。该结构因盘根(15)和轴(13)抱得很紧，轴旋转需克服摩擦，损失轴功率。同时摩擦发热大，氮气不能充分带走热量。由于高温摩擦作用，使轴很容易磨坏，磨出间隙后密封不起作用，须在设备运行中多次拧紧压盖(18)上的螺钉(19)，维护困难。因此，该密封结构从本质上来说还是一种填料密封，由于使用寿命短、功率损耗大、维修频率高，因而只适用于转速低、使用寿命要求不长的高温高压设备。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，本发明提供了一种可适用于高温高压旋转机械的密封装置。
[0005]本发明用于高温高压旋转机械的密封装置，同样采用由在穿过高温高压介质区的旋转轴端部设置可随旋转轴转动的旋转密封环和与基座定位连接的静止密封环组成的端面密封单元实现。其基本结构包括:
——在由第一旋转密封环和第一静止密封环组成的第一端面密封单元的高温高压介质区方向侧，相邻设置有由沿旋转轴间隔静止排布的一对节流单元组成的降压区，降压区可通过该两节流单元同时分别与高温高压介质区和第一端面密封单元密封腔连通，并带有与外设的低压单元连通的调压通道，一般可连接至其前级封闭的低压原料罐等低压设备单元;
——第一端面密封单元的密封腔设置有带有热交换结构的降温循环通道。
[0006]在上述基本结构的基础上，为进一步保证和提高密封的安全、可靠性，在第一端面密封单元的轴向外侧，优选还设置有由第二旋转密封环和第二静止密封环组成的第二端面密封单元，并在第二端面密封单元的密封腔中设置有密封液循环通道，所述该密封液循环通道中设有热交换单元和储液单元。
[0007]还可以进一步采用的改进方式包括，在所述的第一端面密封单元的轴向外侧，或第二端面密封单元的轴向外侧，经间隔设置的第三节流装置隔离有一密封保护区，密封保护区中设有与隔离保护和降温系统连通的降温通道。
[0008]在本发明上述形式的密封装置中，可以单独或与以任意方式与上述结构相结合采用的进一步优选方式，还可包括:
在所述第一端面密封单元密封腔的带有热交换结构的循环降温通道中，还可以设置有与补液储源相连的补液通道，有利于补充循环过程中因不同原因损失的循环介质液体。
[0009]为使所述第一端面密封单元密封腔中的液体经所述循环降温通道实现循环，除可以按常规方式在该循环降温通道设置适当形式的泵送设备外，还可以采用的优选方式之一，是在所述的第一旋转密封环的外周，设置有用于驱动第一端面密封单元密封腔中的液体经所述循环降温通道进行循环的常规形式的泵效环。
[0010]在采用上述设置有所述的第二端面密封单元时，在第二端面密封单元密封腔中的密封液循环通道中，通常可以设置有目前常用形式的泵送设备或泵送单元，推动密封液进行循环。
[0011]在本发明上述的密封装置中，所述由第一旋转密封环和第一静止密封环组成的第一端面密封单元，是实现高温高压旋转机械密封的主密封单元。由于在其高温高压介质区的方向侧，经沿旋转轴间隔静止排布的一对节流单元相邻设置有一降压区，且通过该两节流单元能同时分别与高温高压介质区和第一端面密封单元密封腔连通，并还带有与外设低压单元连通的调压通道，因此高温高压介质可进入该降压区和第一端面密封单元的密封腔，但通过节流单元的作用，则可以使进入降压区的介质压力降得较低。通过在调压通道中设置相应的压力传感、检测等设备及控制阀门，可以实现对降压区内的压力进行监测和控制。降压区内介质压力的降低，同时也降低了第一端面密封单元密封腔内的介质压力。由于降压区中的介质在仅降低压力的情况下会有大量汽化物产生，为避免气化物进入密封腔对端面密封产生影响，可通过在第一端面密封单元的密封腔中设置的带有热交换结构的降温循环通道及相应的补液通道，注入适量的液体(优选为与泵送介质相同的物料，避免污染泵送介质)，并使密封腔中的压力适当高于降压区的压力，即可阻止气化物进入第一端面密封单元的密封腔中，也有利于降低循环液体的温度，并向该密封端面提供所需的润滑介质。
[0012]由于该第一端面密封单元是对分别经降温、降压处理后的介质物料进行密封的主密封单元，而当泵轴不旋转时则无法实现降温，其密封腔内依然为高温环境，因此该第一端面密封单元中的密封，可采用如金属波纹管密封等目前通常使用的耐高温密封结构。
[0013]由此可以理解，本发明上述结构形式的密封装置，通过将常规与密封结构/元件直接接触的高温高压介质物料，先分别进行了降压和降温处理后，再进入密封腔与密封结构/元件接触，从而使其完全能承受、并可靠地实现对降压、降温处理后的介质物料进行密封。
[0014]本发明上述密封装置中的所述第二端面密封单元，是在作为主密封的第一端面密封单元基础上进一步设置的安全密封单元，目的和作用是在主密封损坏时，对所泵送物料进行的第二道阻挡，以避免高温高压介质在异常情况下向大气环境的泄漏。第二端面密封单元中的密封通常可采用可靠性高的高压弹簧式密封。其中，第二端面密封单元的密封腔中设置的带降温单元和储液单元的密封液循环通道，可借助目前常用形式的循环泵等设备，让外部储液单元中的密封液参与循环，并向密封腔提供一个低于第一端面密封腔的稳定压力，以带走其密封端面摩擦产生的热量，同时可对第二端面密封单元提供润滑液，还能减小作为主密封的第一端面密封单元两侧的压差，保护主密封。
[0015]在第二端面密封单元的外侧还进一步设置的可经降温通道与单独外设的隔离保护和降温系统连通的密封保护区，能够在上述结构的基础上，对密封提供进一步安全、可靠的保障。例如，可以由所述的隔离保护和降温系统提供低压水、蒸汽或氮气等，通过降温通道进一步实现隔离氧气、防止泄漏的油类结焦、冲走泄漏物、降低安全密封外侧的温度，对第二端面密封单元进行保护。
[0016]本发明上述的密封装置，通过分别对高温、高压介质物料采取了降压、降温及补液等措施，不仅改善了端面密封部位的工况运行条件，而且通过设置的第二端面密封单元的两级密封的组合，满意地适应和解决了对高温高压介质实现了可靠的密封，具有使用寿命长和安全性高的优点，