1．概述    

水是各種工藝流程中應(yīng)用最為廣泛的介質(zhì)。冷水的密封選型通常沒有困難，而熱水卻是一種很難密封的介質(zhì)，如何為熱水提供價(jià)廉物美又性能可靠的密封長(zhǎng)期以來困擾著密封行業(yè)。熱水的汽化壓力較高，造成它在流經(jīng)密封面時(shí)容易發(fā)生閃蒸或汽化，同時(shí)熱水的潤(rùn)滑性能很差，這些特性使得標(biāo)準(zhǔn)的密封設(shè)計(jì)很難滿足熱水工況的要求。

2 . 熱水工況用傳統(tǒng)的機(jī)械密封方案熱水工況采用的傳統(tǒng)的機(jī)械密封絕對(duì)不能用熱水直接沖洗密封面，熱水必須首先經(jīng)過冷卻，將沖洗液溫度降低至65～82℃以下。最常用的熱水工況的密封沖洗方案有API Plan23和API Plan21。

其中c是將熱水從密封腔 ( Stuffing Box ) 引出，經(jīng)過一個(gè)換熱器后再?zèng)_洗密封面。換熱器使熱水的溫度在重新注入密封腔并沖洗密封面之前降低了。沖洗液循環(huán)的動(dòng)力通常由一個(gè)內(nèi)置的泵送環(huán)，也稱泵效環(huán)（pump ring）來提供。

API Plan21是將泵送熱水從泵出口引出，經(jīng)過換熱器降低溫度，然后注入密封腔并沖洗密封面。

API Plan21總的來說不如API Plan23效率高，因?yàn)樗枰鋮s的是來自工藝管線的較高溫度的熱水，在同等工況下通常需要更大的換熱器，其優(yōu)點(diǎn)是沖洗液不需要泵送環(huán)提供動(dòng)力。

此外可以用于熱水工況密封的沖洗方案還有API Plan32。

這個(gè)方案API Plan32是采用一路外來的溫度較低的清潔軟水注入密封腔并沖洗密封面，它的沖洗管路簡(jiǎn)單可靠，但缺點(diǎn)是沖洗水消耗量很大且會(huì)稀釋或冷卻工藝管線的熱水，許多用戶難以接受。當(dāng)然還可以采用在密封腔外增加冷卻水夾套的方法來降低密封腔的熱水溫度。 

以上沖洗方案，均要求將密封腔中熱水的溫度降低到標(biāo)準(zhǔn)密封設(shè)計(jì)所能接受的水平，以使密封達(dá)到一個(gè)可以讓人接受的使用壽命；并要求另外提供一路冷卻水，這不但帶來大量的冷水消耗，而且一旦在操作過程中冷水中斷就會(huì)迅速導(dǎo)致密封失效。

同時(shí)，在這些沖洗方案的使用過程中還要面對(duì)換熱器、夾套腔等處的結(jié)垢問題，這就降低了密封系統(tǒng)在實(shí)際操作過程中的可靠性。 

以下介紹兩種適用于熱水工況而又無需冷卻水的密封方式 － “潤(rùn)滑槽”(Lube Groove)和“液體緩沖墊”(Hydropad)機(jī)械密封。

3．“潤(rùn)滑槽”(Lube Groove)密封在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械密封中，兩個(gè)密封端面之間存在一個(gè)很薄的液膜，在產(chǎn)生和形成穩(wěn)定的液膜過程中，流體的物理特性處于臨界狀態(tài)。

在流體流經(jīng)密封面時(shí)，壓力降低、溫度升高。壓力降低是由于密封面內(nèi)外緣的壓力差造成的，溫度的升高是由于液膜中流體受到剪力以及密封面之間的機(jī)械接觸產(chǎn)生的摩擦熱引起的。

液膜防止了密封端面之間過大的機(jī)械接觸，從而減少密封端面在運(yùn)行過程中的摩擦熱和端面磨損。如果液膜在接近密封面的邊緣處發(fā)生汽化，那么該密封副的大部分密封面都會(huì)失去密封液膜的支撐，造成密封迅速失效。

“潤(rùn)滑槽”就是在密封面上沿切線方向刻出窄槽，該槽不能貫通密封面的內(nèi)外側(cè)邊緣。當(dāng)流體流經(jīng)密封面時(shí)，這些槽能改善流體在密封面上的壓力分布。這有助于保持密封面間的液膜穩(wěn)定并防止流體在液膜處汽化。

由于熱水的汽化壓力很高，容易在流經(jīng)密封端面時(shí)引起快速汽化，因此控制密封接觸面的壓力是解決問題的關(guān)鍵。當(dāng)密封面相互平行時(shí)，液膜中的壓力降基本上呈線性分布，由密封端面外側(cè)的密封腔壓力逐步降至其內(nèi)緣的大氣壓力。當(dāng)液膜中的流體壓力逐步降低至等于液體的汽化壓力時(shí)，液膜就會(huì)發(fā)生汽化。

通過在密封面上開潤(rùn)滑槽，密封端面上就會(huì)形成一個(gè)相對(duì)的高壓區(qū)域。該液膜的壓力分布是從密封端面外緣 (OD)呈線性遞減直到進(jìn)入潤(rùn)滑槽。在經(jīng)過潤(rùn)滑槽時(shí)流體壓力保持不變，然后再?gòu)臐?rùn)滑槽處呈線性遞減直到密封面內(nèi)緣面(ID)。壓力分布形式的改變，限制了液膜在“潤(rùn)滑槽”所覆蓋的環(huán)形區(qū)域內(nèi)的汽化。

以下為“潤(rùn)滑槽”密封在熱水工況中的應(yīng)用：    

最大密封尺寸：        5 英寸 （127毫米）

最大外緣線速度：     66英尺 / 秒  (20米 / 秒)

最高轉(zhuǎn)速：           3000 rpm

最低轉(zhuǎn)速：           750 rpm

最高密封腔壓力*：    15 Bar 表壓

最高密封腔溫度：     175 ℃

密封副材質(zhì)：石墨，碳化硅，硬質(zhì)合金

注*：最低密封腔壓力應(yīng)保持在高于熱水的汽化壓力2 Bar以上。

在通常情況下，為便于加工，“潤(rùn)滑槽”一般刻在較軟的密封面上。“潤(rùn)滑槽”的確切數(shù)量以及它的長(zhǎng)度，深度是由密封端面的尺寸決定的。