泵用干氣密封在各種介質(zhì)上的應(yīng)用研究

　　一、前言

　　P0117為石家莊化纖公司甲苯氧化裝置苯甲酸蒸餾塔循環(huán)泵，密封圈介質(zhì)含氧化反應(yīng)副產(chǎn)物，介質(zhì)組分復(fù)雜，具有溫度高、腐蝕性強(qiáng)、易結(jié)焦、易凝固等特點(diǎn)，原軸封采用單端面波紋管機(jī)械密封，使用效果不好，壽命短，且泄漏頻繁。雖經(jīng)國(guó)內(nèi)主要波紋管密封制造廠多次改進(jìn)，始終沒(méi)能徹底解決。為此，經(jīng)過(guò)研究決定改為干氣密封。

　　二、P0117泵的密封改造

　　(一)氣密封的主要優(yōu)點(diǎn)

　　與傳統(tǒng)的接觸式機(jī)械密封相比，干氣密封有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)。

　　①使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

　?、诠南男?，僅為接觸式機(jī)械密封的5%左右。

　?、叟c其他非接觸式密封相比，可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)“零逸出”，是一種環(huán)保型密封。

　　(二)P0117離心泵操作條件

　　介質(zhì)主要成分為60%～70%苯甲酸，其余為苯甲脂、聯(lián)苯、催化劑，凝點(diǎn)為122℃。介質(zhì)正常溫度為283℃，泵為單級(jí)懸臂離心泵，全夾套結(jié)構(gòu)，型號(hào)XL40-25-200，轉(zhuǎn)速為2950r/min，吸入壓力為0.12MPa，出口壓力為0.5MPa，流量為3m3/h。

　　現(xiàn)場(chǎng)公共工程條件：管網(wǎng)氮?dú)獬兀瑝毫?.5MPa;管網(wǎng)蒸汽160℃，壓力0.6MPa。

　　(三)改造過(guò)程中需要解決的難點(diǎn)

　?、倜芊鈮勖鼏?wèn)題，原波紋管密封的壽命較短，為1周到3個(gè)月不等。

　?、诮橘|(zhì)溫度的問(wèn)題：由于介質(zhì)溫度高(283℃)，采用小彈簧干氣密封，密封圈輔助密封圈的選擇成為難點(diǎn)。

　?、劢橘|(zhì)溫度低于122℃時(shí)就會(huì)凝固，對(duì)介質(zhì)保溫及停泵后泵腔的處理、保溫成為難點(diǎn)。

　?、芙橘|(zhì)腐蝕性強(qiáng)，對(duì)密封基體材料及摩擦副材料選擇有特殊要求。

　　(四)設(shè)計(jì)原則及依據(jù)

　　1.設(shè)計(jì)原則

　　保證干氣密封與原單端面機(jī)械密封的互換性，便于在試用不成功時(shí)恢復(fù)原密封，不影響正常生產(chǎn)。

　　2.干氣密封選型依據(jù)

　　通過(guò)對(duì)P0117離心泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝條件分析，密封件結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的密封氣源情況，為解決以上難點(diǎn)，選擇API682Plan74+蒸汽伴熱的雙端面，集裝結(jié)構(gòu)的干氣密封方案。

　　(五)干氣密封技術(shù)方案

　　1.該干氣密封具有以下特點(diǎn)

　?、俅穗p端面結(jié)構(gòu)將彈簧補(bǔ)償機(jī)構(gòu)置于氮?dú)獾墓ぷ鳝h(huán)境下，解決了波紋管與介質(zhì)直接接觸而結(jié)焦等因素造成的波紋管失彈問(wèn)題。

　　②在雙端面干氣密封自身形成的密封腔內(nèi)注入比泵密封腔壓力高0.1～0.2MPa的氮?dú)?，?shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的封堵，通過(guò)對(duì)氮?dú)獾拿芊猓ＷC工藝介質(zhì)實(shí)現(xiàn)“零逸出”。

　?、墼诟蓺饷芊馀c介質(zhì)接觸的地方，增加環(huán)形160℃蒸汽伴熱腔體，起到降溫(介質(zhì)溫度：283℃)和防止介質(zhì)凝固(凝點(diǎn)：122℃)的作用。

　?、苷酌芊夥墙佑|運(yùn)行，其功率消耗僅為傳統(tǒng)雙端面密封的5%，使用壽命在2年以上。

　?、莞蓺饷芊獾?dú)庀牧吭?.05m3/h(標(biāo)準(zhǔn))左右，其中約80%泄漏到大氣中。

　　2.材料的選擇

　　該干氣密封摩擦副組對(duì)為碳化硅對(duì)碳石墨;介質(zhì)側(cè)采用耐高溫(能耐327℃)、耐腐蝕的進(jìn)口密封圈kalrez(美國(guó)杜邦公司)，密封主要?dú)んw材質(zhì)為316L，干氣密封動(dòng)壓槽加工在碳化硅上。碳化硅材料具有表面硬度高、耐磨性能好、熱傳導(dǎo)系數(shù)大、比重小等優(yōu)點(diǎn)，是目前最好的摩擦副材料之一。碳石墨材料具有強(qiáng)度高、自潤(rùn)滑性好、耐高溫等特點(diǎn)，能夠保證密封在低轉(zhuǎn)速下反向盤車也不會(huì)被損壞。

　　(六)干氣密封控制系統(tǒng)

　　干氣密封控制系統(tǒng)是干氣密封的重要組成部分，主要由密封氣過(guò)濾單元和密封氣泄漏監(jiān)測(cè)單元組成。

　　干氣密封工作時(shí)，密封面間形成的氣膜厚度在2～3μm左右，密封氣中大于該粒度的固體顆粒會(huì)對(duì)密封面產(chǎn)生損壞。這就要求進(jìn)入干氣密封端面的密封氣體非常干凈，實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)采用高精度過(guò)濾器來(lái)完成。

　　泵用雙端面干氣密封系統(tǒng)流程如下：外來(lái)密封氣體經(jīng)過(guò)減壓閥減壓后進(jìn)入過(guò)濾器，然后進(jìn)入密封腔，為干氣密封提供阻封氣體。調(diào)整減壓閥保證阻封氣體壓力比泵腔介質(zhì)壓力高0.1～0.2MPa。當(dāng)密封氣體低于一定值時(shí)(該值一般高于密封腔壓力0.05MPa左右)，密封介質(zhì)有泄漏的危險(xiǎn)，因此必須保證氣源的穩(wěn)定。

　　(七)現(xiàn)場(chǎng)操作特殊要求

　?、俅烁蓺饷芊庠谶M(jìn)介質(zhì)或蒸汽時(shí)，必須保證氮?dú)庖炎⑷氲礁蓺饷芊馇恢小?/p>

　?、谟捎诮橘|(zhì)的高凝點(diǎn)(122℃)，備用泵長(zhǎng)期備用，介質(zhì)不循環(huán)，容易使物料在介質(zhì)側(cè)結(jié)焦影響補(bǔ)償環(huán)的浮動(dòng)性。為此，在停車備用時(shí)，排空泵腔，泵的夾套繼續(xù)通入蒸汽保溫，氮?dú)庖恢弊⑷?，使泵?nèi)溫度持續(xù)在122℃以上。當(dāng)另一臺(tái)泵出現(xiàn)故障時(shí)，即打開(kāi)備用泵入口閥進(jìn)行正常開(kāi)車，這樣可以盡量避免物料在干氣密封介質(zhì)側(cè)凝固或結(jié)焦，為干氣密封長(zhǎng)周期運(yùn)行提供保障。

　　三、干氣密封實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)和工業(yè)運(yùn)行

　　在完成了干氣密封的設(shè)計(jì)制造后，參考API617離心壓縮機(jī)干氣密封的試驗(yàn)規(guī)程及成都一通公司企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了性能模擬試驗(yàn)。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，干氣密封具備高度的穩(wěn)定性、可靠性，泄漏量也非常穩(wěn)定，與設(shè)計(jì)值吻合。在完成干氣密封試驗(yàn)后，對(duì)P0117進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)改造，由于充分考慮了該泵的密封腔結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)改造和運(yùn)行一次成功，干氣密封運(yùn)行正常，從而徹底解決了困擾多時(shí)的軸封問(wèn)題。

　　四、結(jié)論

　　從P0117干氣密封的成功應(yīng)用可以得出如下結(jié)論。

　　①干氣密封在高溫、高凝、易腐蝕、易結(jié)焦介質(zhì)中應(yīng)用情況良好。

　　②實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，干氣密封運(yùn)行壽命長(zhǎng)，可減少維修次數(shù)，運(yùn)行功率消耗少，可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。