API 682标准解读：PLAN 31和旋风分离器

前言

尽管机械密封适用于各种液体（包括脏污、含固体颗粒液体等），但众所周知，在清洁的液体环境中，其可靠性最佳。因此，在脏污或含固体颗粒的液体服务中，人们会想办法为机械密封提供清洁的液体冲洗。API 628标准PLAN 31旨在清理泵送介质中的固体颗粒，为机械密封提供清洁的冲洗。本文将对PLAN 31和旋风分离器进行解读，供大家参考。

标准对PLAN 31的定义

API 682第4版标准对PLAN 31、旋风分离器的定义及说明如下：

1）在PLAN 31中，高压区域（通常为泵出口或泵出口管道）的泵送介质通过旋风分离器进行再循环后，将清洁流体输送至密封腔，而固体被输送到泵的吸入口或泵吸入管线，见图1。

图1：PLAN 31示意图

2）PLAN 31仅适用于输送含有比重至少为泵送介质2倍的固体颗粒的服务。该方案的典型用途是供水，以清除水中的沙子或管渣。在PLAN 31中，介质从泵的出口进入旋风分离器，固体颗粒从介质中离心分离出来并重新被输送回泵的吸入侧，而清洁的密封冲洗液从旋风分离器进入密封压盖上的冲洗接口，见图2。

图例说明

1 来自于旋风分离器清洁液体接口

2 冲洗口（F）

3 急冷口（Q）

4 排液口（D）

5 密封腔

图2：密封腔及接口详图

3）如果泵送介质非常脏或者是浆体，则PLAN 31通常不太合适，不推荐使用。如果买方/用户指定采用PLAN 31时，建议密封腔配带喉部衬套。

4）如果泵送介质中含有气体，通常不建议使用旋风分离器。现场经验表明，旋风分离器内部的固体颗粒磨损可能导致可靠性降低。

5）该方案还没有证明能够持续实现3年的使用寿命。

解读及应用

1）PLAN 31最大的特点是依靠“旋风分离器”（有时称为“磨料分离器”或“水力旋流器”）来清除泵送介质中的污垢，因此，旋风分离器的可靠性往往决定了机械密封的使用寿命。

2）旋风分离器分离的是泵送介质，来自于泵的高压侧（泵的出口侧）。旋风分离器通过离心力将泵送介质分成干净的和浓缩的脏的两种液体流，干净的液体流（即密封冲洗液）从分离器的顶部流出并进入密封腔，而浓缩的脏的液体流则返回泵的吸入口。

3）PLAN 31适用的条件是：固体颗粒的比重至少为干净的泵送介质比重的2倍。如果固体含量太高，则该方案不太适用（固体浓度通常不应超过10 %）。PLAN 31最常见的应用是河水泵：由于水中的沙子较多，以至于沙子沉积在密封腔中，拆卸泵时可以看到沙子。配置了PLAN 31后，基本上解决了水中沙子的问题。

4）如果泵送介质中除了含有固体颗粒以外还含有气体，则不宜采用旋风分离器。经验表明，这种工况下，固体颗粒对旋风分离器的磨损会影响到其可靠性。

5）即使设计和安装得当，PLAN 31也不会从泵送液体中去除所有的固体。所以，PLAN 31下的机械密封使用寿命很难达到3年以上。

6）旋风分离器不适用于粘性流体。

如何确保旋风分离器正常工作

如何才能保证旋风分离器能够正常工作？关键是要了解和控制压差。

大多数人可能都没有意识到，PLAN 31中的旋风分离器在清洁和脏污出口（即分离器本身的两个出口）压力大致相同时工作最佳。因此，在PLAN 31中最好配置有压力计、节流孔板和/或控制阀。见图3。

图3：旋风分离器压差控制示意图

旋风分离器需要至少15 psi（0.1 bar）的压差才能正常工作。但是，如果分离器上的总压差太大，则分离器内部的离心“流线”会变得混乱并出现湍流，分离器无法正常工作。通常，建议通过分离器的最大总压差约为200 psi（13.8 bar）。孔板用于设置和控制分离器上的压差。

参考文献

1）API 682第4版

2）sealfaqs.com