煉油廠循環(huán)水泵密封改進(jìn)和安裝

梁小偉

摘 要：循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，不但能保證長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，而且大大降低了維修次數(shù)和維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：軸封 軟硬填料組合密封設(shè)計(jì) 軟填料密封 硬填料盤根 軟填料槍 在線修復(fù)密封 降低維修成本

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（c）-0114-02

中石油寧夏石化公司20011年進(jìn)行煉油裝置改擴(kuò)建工程，原油加工能力從150萬(wàn)噸/年上升至500萬(wàn)噸/年，催化裂化加工能力從60萬(wàn)/年提高到260萬(wàn)噸/年，隨著煉油裝置加工量的提高，為了節(jié)約建設(shè)成本，提高設(shè)備經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，公司決定將原水汽車間403單元老三循舊裝置改造為新二循，通過(guò)地下管網(wǎng)改造后利舊，原有4臺(tái)循環(huán)水泵直接給新污水、新聚丙烯、新空分空壓提供循環(huán)水，水泵的密封對(duì)整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)起著舉足輕重的作用，舊的4臺(tái)循環(huán)水泵能否滿足新裝置的生產(chǎn)要求，能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，如何選擇水泵密封是關(guān)鍵所在。

1 各種循環(huán)水泵密封介紹

眾所周知，軸封是防止泵軸與殼體處泄露而設(shè)置的密封裝置。常用的軸封型式有填料密封、機(jī)械密封和動(dòng)力密封。填料密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、維修方便，但泄漏量大、功耗損失大。因此，填料密封用于輸送一般介質(zhì)，如水；一般不適于石油及化工介質(zhì)，特別是不能用在有腐蝕性、易爆和有毒介質(zhì)中。機(jī)械密封水泵的密封效果好，泄露量很小，壽命長(zhǎng)，但價(jià)格貴，加工安裝維修保養(yǎng)比一般密封要求高。動(dòng)力密封可分為背葉片密封和副葉輪密封兩類。泵工作時(shí)靠背葉片（或副葉輪）的離心力作用使軸封處的介質(zhì)壓力下降至常壓或負(fù)壓狀態(tài)，使泵在使用過(guò)程中不泄露，適用于輸送含有固體顆粒較多的介質(zhì)，缺點(diǎn)是功率損失較機(jī)械密封大，且其一停車密封裝置的壽命就縮短。循環(huán)水泵的密封對(duì)整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)起著重要的作用，如水泵的密封系統(tǒng)泄漏將會(huì)嚴(yán)重影響到設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如何選擇合適的水泵密封，減少泄漏率，降低成本呢？

2 煉油廠二循循環(huán)水泵設(shè)備概況和參數(shù)

水汽車間403單元P-301A/B/C（型號(hào)：500S-59）是臥式離心泵，由蘭州水泵廠1999年制造，2000年5月投運(yùn)至今，403單元P-301D（型號(hào)：DFSS600-830A）也是臥式離心泵，由上海東方泵業(yè)2007年5月制造，2007年7月投運(yùn)至今。

4臺(tái)循環(huán)冷水泵參數(shù)如表1所示。

3 煉油廠循環(huán)水泵密封選擇分析

煉油廠水汽車間403單元循環(huán)水泵P-301A/B/C，一開(kāi)始設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均采用普通石墨盤根作為密封材質(zhì)，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，油浸石墨盤根具有耐熱性、柔軟性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但它也有致命的缺點(diǎn)：表面粗糙、摩擦系數(shù)大、有滲漏現(xiàn)象，另外使用久了浸入的潤(rùn)滑劑容易流失。浸油石墨棉繩盤根在水中長(zhǎng)期浸泡會(huì)變得很硬，而且由于膨脹系數(shù)大，摩擦力較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)這樣的狀況：新修好的設(shè)備，開(kāi)始運(yùn)行時(shí)軸封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，經(jīng)過(guò)調(diào)整壓蓋緊固填料后泄漏量能稍小，但運(yùn)轉(zhuǎn)不到三個(gè)月，石墨盤根已經(jīng)滲漏嚴(yán)重，無(wú)法起到密封作用。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)軸套磨損或磨斷現(xiàn)象，增加了檢維修工作量和維修成本。

我們?cè)谟闷胀ㄊP根填料，發(fā)現(xiàn)其具有3個(gè)缺點(diǎn)：（1）盤根填料與軸套直接接觸，且相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成盤根填料與軸套的磨損，所以必須定期或不定期更換軸套。（2）為了使盤根與軸套間產(chǎn)生的摩擦熱及時(shí)散掉，盤根密封必須保持一定量的泄漏，而且不易控制。（3）盤根與軸套間的摩擦，造成電機(jī)有效功率降低，消耗電能，有時(shí)甚至達(dá)到5%左右的驚人比例。從填料密封的原理來(lái)看，流體在密封腔內(nèi)可泄漏的通道有三處：其一是流體穿透石棉材料造成泄漏；其二是從填料與泵體流道之間泄漏；其三是從填料與軸套表面之間泄漏。因此，防止水泵泄漏最為關(guān)鍵的措施是合理設(shè)計(jì)密封。

煉油廠二循循環(huán)水泵是煉油廠500萬(wàn)噸煉油項(xiàng)目2套在線循環(huán)水裝置之一。二循循環(huán)水泵運(yùn)行的好壞將直接影響到整個(gè)煉油系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而循環(huán)水泵軸向密封的好壞同樣影響循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行，在循環(huán)水泵使用石墨盤根密封的時(shí)期就有燒毀盤根的事情發(fā)生，為保證循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行，如何選擇合適的水泵密封，減少泄漏量，降低檢維修成本，減少事故停車率，是設(shè)備技術(shù)人員迫切需要解決的難題之一。通過(guò)多次的探索實(shí)踐，我車間逐步實(shí)驗(yàn)對(duì)二循循環(huán)水泵軸向密封進(jìn)行了改造，使用至今，效果良好。

具體設(shè)計(jì)改造方法采用如圖所示，軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)，填料壓蓋兩端采用艾志填料412SC盤根20.6 mm×20.6 mm（填料盤根中間有塑膠紅心），形成密封骨架，填料腔體內(nèi)中間用艾志CMS-2000軟填料進(jìn)行密封，艾志CMS-2000軟填料有著盤根無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，填料腔體內(nèi)填充的是一種優(yōu)良的密封軟材料，它耐熱18 ℃～200 ℃，最大線速度8 m/s，耐腐蝕性強(qiáng)，適用介質(zhì)PH值范圍4～13，主要適用于水介質(zhì)。這種軟填料狀態(tài)為膠泥狀，黑色CMS-2000由純合成的KEVLAR纖維、高純度的石墨、PTFE、有機(jī)密封劑四種不同的材料混合組成。其中，KEVLAR纖維最大特點(diǎn)是具有極高的抗沖擊強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；高純度的石墨是美國(guó)赤士盾公司在特殊的生產(chǎn)條件下，如真空狀態(tài)下，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，能減小其內(nèi)部的摩擦，其含有的高分子硅脂主要是為了增加CMS2000的抗磨蝕能力；PTFE為聚四氟乙烯的英文縮寫；而有機(jī)密封劑是由美國(guó)赤士盾公司的專業(yè)工程技術(shù)人員研制的，專門用于CMS2000的一種獲得專利的純合成液體，能有效保證CMS2000良好的密封性能。

在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軟填料的特殊合成纖維會(huì)纏繞在軸的軸套上，并隨軸套同步旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)層的“動(dòng)環(huán)”；在填料腔內(nèi)壁上軟填料粘附在其上，形成一個(gè)不動(dòng)的靜環(huán)。泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使軟填料層做剪切運(yùn)動(dòng)，會(huì)使特殊合成纖維剪切后形成合成材料環(huán)，并生成許多齒或槽，組成迷宮式的間隙，對(duì)密封的介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而起到有效的密封作用。

CMS-2000與傳統(tǒng)密封形式比較：（1）不會(huì)對(duì)軸套造成磨損，不需要更換軸套。普通的填料密封，因?yàn)檩S套與填料之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，所以軸套會(huì)被磨損，需要我們經(jīng)常更換軸套，同時(shí)填料也因?yàn)槟p造成泄漏，也需要更換，一般來(lái)說(shuō)填料被磨損了10%左右就需我們進(jìn)行更換了。以P-301A泵為例，該泵以前使用盤根，由于軸套磨損嚴(yán)重，每年大修4次，維護(hù)工作量較大，使用該填料一年后，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)軸套無(wú)明顯磨損。同時(shí)，由于取消冷卻水管，無(wú)冷卻水泄露。使用該填料幾年來(lái)，未發(fā)現(xiàn)明顯泄露。

（2）可在線修復(fù)，維修勞動(dòng)強(qiáng)度低。普通的填料密封在失效時(shí)，需要維修人員將設(shè)備停機(jī)，將石墨填料盤根取出后再進(jìn)行安裝，這樣會(huì)造成停機(jī)損失。軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)，在泄漏量不斷增加，但艾志填料412SC盤根良好未被甩出的情況下，對(duì)循環(huán)水泵的泄漏維修時(shí)可在設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，可將軟填料注入口打開(kāi)，接上軟填料槍后，將軟材料注入填料腔體內(nèi)，即可重新實(shí)現(xiàn)有效的密封不漏水，避免了停機(jī)維修損失產(chǎn)生的損失。

（3）避免電力的無(wú)謂損耗。普通的填料密封的密封力的來(lái)源于壓蓋將填料的軸向壓力而造成的填料的徑向擴(kuò)張力（即填料對(duì)軸的抱緊力），這就使得軸必須要克服這種密封力（抱緊力）才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，軸就必須消耗較大的功率，造成無(wú)謂的電力消耗。軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)中CMS2000材料的組成為摩擦系數(shù)極低的非金屬和液體，再加上艾志412SC填料盤根中心為塑膠紅心材料，有良好的伸縮性和低摩擦性，軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)不需要克服較大的密封力，這就意味著軸功率不會(huì)有無(wú)謂的消耗。

（4）不需要沖洗或冷卻。普通的填料密封因?yàn)樘盍吓c軸套之間產(chǎn)生較大的磨擦熱，所以需要采用冷卻水來(lái)冷卻，這樣就造成了冷卻水的消耗。CMS2000泵填縫料會(huì)形成無(wú)縫的合成材料環(huán)，型狀狀與軸套的不規(guī)則處完全吻合，對(duì)于磨損變糙的軸套依然有效，幾乎可以完全杜絕滲漏，因此泵不再需要進(jìn)行沖洗，回收沖洗液，更換軸套，節(jié)省開(kāi)支，美化現(xiàn)場(chǎng)衛(wèi)生。

4 煉油廠循環(huán)水泵軟硬填料的安裝

填料的組合與安裝是否正確對(duì)密封的效果和使用壽命影響很大，不正確的安裝是導(dǎo)致軟硬填料密封發(fā)生過(guò)量泄漏和密封過(guò)早失效的主要原因之一。

安裝時(shí)要注意以下幾個(gè)方面的要求。

（1）離心泵填料腔體內(nèi)表面、軸套、軸表面不應(yīng)有劃傷（特別是軸向劃痕）和銹蝕，軸套應(yīng)盡量光滑，以減小摩擦，防止軟填料被擠出。

（2）硬填料環(huán)尺寸要與填料腔體內(nèi)和軸套的尺寸相協(xié)調(diào)，填料環(huán)不能任意將其變形安裝。

（3）軟填料不要壓得過(guò)多過(guò)實(shí)，否則泵啟動(dòng)后軟填料易被擠出，開(kāi)泵后，如果有漏水現(xiàn)象，用軟填料槍通過(guò)填料室小孔加注軟填料，直至完全不漏水。

（4）切割硬填料412SC盤根，最好是與軸呈45°的斜口。

（5）裝填時(shí)須注意相鄰硬填料環(huán)的切口之間應(yīng)錯(cuò)開(kāi)。填料環(huán)數(shù)為4～8時(shí)，裝填時(shí)應(yīng)使切口相互錯(cuò)開(kāi)90°；3～6環(huán)時(shí)，切口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)120°。

（6）硬填料環(huán)全部裝完后，在擰緊壓蓋螺栓時(shí)，為使壓力平衡，應(yīng)采用對(duì)稱擰緊，壓緊力不宜過(guò)大；先用手?jǐn)Q，直至擰不動(dòng)時(shí)，再用扳手?jǐn)Q。

（7）安裝最后2圈硬填料盤根時(shí)，要用手盤動(dòng)泵軸，以手感適度為宜，不能將壓蓋螺栓擰得過(guò)緊，以免燒軸。

（8）嚴(yán)格控制軸與軸承孔、填料腔體的同軸度，還有軸的徑向圓跳動(dòng)量和軸向竄動(dòng)量，它們是填料密封具有良好密封性能的先決條件和保證。

5 密封改造后如何開(kāi)停循環(huán)水泵

開(kāi)循環(huán)水泵時(shí)，一定要先邊盤車邊緊固壓蓋螺栓至螺母全部帶滿絲扣，然后抹上黃油，將真空抽至泵頂部充滿液體流下，同時(shí)要在泵出口較低處增加4分或6分放空閥，并打開(kāi)放空閥對(duì)泵進(jìn)行排氣處理，至到放空閥無(wú)氣排出并放水帶壓后，再緩慢開(kāi)啟冷水泵出口，并注意保持出口壓力穩(wěn)定，直到將冷水泵開(kāi)起來(lái)。停循環(huán)水泵時(shí)與停普通離心泵相同。

6 密封改造效果

403單元循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，對(duì)大型電機(jī)耗能將有一定的節(jié)約，節(jié)能降耗明顯；密封使用壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期無(wú)需更換，降低設(shè)備故障率；密封可在線修復(fù)，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和停送電動(dòng)設(shè)備檢修的麻煩；不需冷卻或沖洗，不泄露，避免介質(zhì)的無(wú)謂流失，使水泵現(xiàn)場(chǎng)5S環(huán)境衛(wèi)生得到改善。

從降低檢修成本考慮，由于每年不再對(duì)軸套磨損、填料損壞進(jìn)行維修，更能降低生產(chǎn)維修成本，提高生產(chǎn)的綜合效益。軟填料可重復(fù)使用，用過(guò)的軟填料用水泡后與新填料混合，可重新使用，又減少了設(shè)備材料的庫(kù)存量。

總之經(jīng)過(guò)細(xì)致的運(yùn)行觀察，二循循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，不但能保證長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，而且大大降低了維修次數(shù)和維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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