離心泵密封技術(shù)及其沖洗冷卻方案應(yīng)用分析及建議

張慶雪

(催化劑齊魯分公司設(shè)備工程部，山東 淄博 255300)

1 FCC催化劑生產(chǎn)主要離心泵密封技術(shù)及其冷卻沖洗方案

中國石化催化劑齊魯分公司是中國石油化工行業(yè)催化裂化催化劑(以下簡稱FCC催化劑)主要生產(chǎn)基地。FCC催化劑生產(chǎn)工藝主要是以Y型分子篩為活性組元，其制備分為NaY分子篩合成和改性兩個過程，Y型分子篩再與基質(zhì)黏結(jié)后噴霧干燥成型，經(jīng)焙燒、過濾洗滌、氣流干燥制備成為催化劑成品。

由于制備分子篩和催化劑所使用原材料性質(zhì)不同，形態(tài)各異，同時在分子篩晶化、催化劑成膠等工序中還會形成流動性差、粘度大、腐蝕性強的膠體或漿液，這就需要各種規(guī)格型號和性能特點的泵類設(shè)備輸送物料。目前，公司FCC催化劑生產(chǎn)過程中主要輸送泵有離心泵、三柱塞高壓泵、軟管泵、單隔膜計量泵、磁力泵等，此文主要討論的是在用離心泵的密封技術(shù)及其冷卻沖洗方案在實際生產(chǎn)過程中存在的問題，對問題進行分析并提出改進建議。

依據(jù)主軸封類型進行分類，公司應(yīng)用的離心泵主要類型有：

(1)動力密封泵。主要是CB系列砂漿泵，其采用的是K1型動力密封，帶有冷卻水接口。動力密封也可叫做副葉輪動力密封，就是在葉輪背后的密封腔里加裝了一個副葉輪，隨軸一起轉(zhuǎn)，動，副葉輪產(chǎn)生的壓力會將葉輪背面的壓力抵消掉，從而不讓液體流過來起到密封的作用，停泵時靠停車密封(一般是唇型密封圈)實現(xiàn)密封，因為停車時副葉輪動力密封不起作用。動力密封一般用在機械密封難以保證的場合，比如帶顆粒、腐蝕性強的工況條件下。動力密封及冷卻沖洗裝置示意圖見圖1。

圖1 動力密封及冷卻沖洗裝置示意圖

(2)機械密封泵。在用機械密封泵型號系列較多，又可細分為內(nèi)裝式機封，外裝式機封，雙端面集裝式密封等，絕大多數(shù)配套了冷卻沖洗裝置，少量未配置附屬的冷卻沖洗機構(gòu)。機械密封是由一對或者數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置，依靠彈性構(gòu)件和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密貼合，密封端面之間維持一層極薄的液體膜而達到密封的目的，這層液膜具有流體動壓力與靜壓力，起潤滑和平衡壓力的作用。機械密封特點是泄漏量小，壽命長，摩擦小，功耗低，可自動調(diào)整補償，應(yīng)用范圍廣，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆裝較麻煩，成本較高。內(nèi)裝式機封和外裝式機封示意圖見圖2、圖3。

圖2 內(nèi)裝式機封

圖3 外裝式機封

(3)填料密封泵。填料密封主要應(yīng)用在清水泵上，使用正常泄漏的清水帶走摩擦熱并發(fā)揮一定潤滑作用。密封填料是彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊后，產(chǎn)生摩擦力致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時所產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸表面而阻止介質(zhì)外漏。填料密封泄漏較多，壽命短，磨損多，需手動調(diào)整壓緊，功耗較大，應(yīng)用范圍窄，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，成本低廉。填料密封示意圖見圖4。

圖4 填料密封示意圖

(4)無主軸封泵。離心泵的無主軸封泵主要是磁力泵，磁力泵磁力傳動器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離套組成，當(dāng)電動機帶動外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁場能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì)，帶動與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動力的無接觸同步傳遞，將容易泄露的動密封結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為零泄漏的靜密封結(jié)構(gòu)。由于泵軸、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被泵體、隔離套完全封閉，從而徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題，且無需獨立冷卻沖洗裝置，降低了水耗。

2 存在的主要問題及原因分析

(1)冷卻水進入介質(zhì)問題。FCC催化劑生產(chǎn)中部分原材料及物料不允許密封冷卻水進入輸送介質(zhì)，但實際離心泵卻存在冷卻水進入介質(zhì)問題。

1)K1型動力密封應(yīng)用設(shè)計和使用前提就是允許冷卻水進入介質(zhì)的。動力密封在離心泵工作時，停車密封與軸套之間存在間隙，是負壓狀態(tài)，通入的冷卻水正好通過軸套表面，冷卻水會直接進入輸送介質(zhì)，從而對輸送介質(zhì)品質(zhì)產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)绊懏a(chǎn)品質(zhì)量。

2)現(xiàn)場使用的雙端面集裝式密封有專門的冷卻水出入口，配套葉輪無副葉輪不形成負壓，理論上不應(yīng)該有冷卻水進入介質(zhì)，但是該集裝式密封在接觸介質(zhì)一側(cè)有一缺口，當(dāng)通入冷卻水時，經(jīng)實際檢驗發(fā)現(xiàn)，事實上就形成了冷卻水是一個進口，兩個出口，部分冷卻水依然會進入介質(zhì)。

(2)冷卻水高進低出問題。K1型動力密封泵冷卻水接管大量存在冷卻水高進低出問題，這樣不能充分發(fā)揮有效的冷卻潤滑效果或者需要大量冷卻水才能發(fā)揮良好的冷卻效果。見圖5。

(3)動力密封在實際應(yīng)用中，有時密封壽命很短，為了延長密封壽命，公司技術(shù)人員和檢修人員將動力密封停車密封部分改造為169-50型外裝式機械密封，且改造數(shù)量較多。改造中，技術(shù)人員和檢修人員付出了較多努力，169-50機械密封采用的標(biāo)準化產(chǎn)品，密封盒、軸套、冷卻沖洗裝置，都是根據(jù)經(jīng)驗進行設(shè)計加工，改造之后，延長了密封壽命，但是外裝式密封泄漏方向和冷卻水甩出方向都是離心力方向，造成改造泵冷卻水四溢，泵體下側(cè)及底座水垢很多，為了防止冷卻水四處飛濺，多采用膠板進行遮蓋，很不美觀。見圖5、6。

圖5 改造后動力密封

圖6 用膠板遮蓋的改造泵

(4)冷卻沖洗方案不合理，浪費水源問題。當(dāng)前催化劑齊魯分公司需要冷卻水的離心泵基本都是獨立配置冷卻水管線，采用的是新鮮工業(yè)水，部分輸送溶液和和清液的離心泵本無需配置冷卻水，卻也配置了冷卻水管線，在一定程度上造成了工業(yè)水的浪費。

(5)離心泵密封壽命較短問題。根據(jù)美國石油協(xié)會API682標(biāo)準要求，機械密封壽命在有規(guī)律的泄漏條件最低為3年，而催化劑齊魯分公司機械密封和動力密封等主要密封形式壽命都遠遠達不到此標(biāo)準，密封壽命短是有很多客觀原因的，密封的設(shè)計、制造、安裝和使用都是重要影響因素，但延長密封壽命仍是應(yīng)該認真研究并落實的工作。

3 應(yīng)對方法和建議

針對上述方面問題，經(jīng)過綜合分析，作者建議從以下三個方面開展工作加以改進。

3.1 重視離心泵設(shè)計選型工作

在滿足流量、揚程、材質(zhì)的前提下，選擇設(shè)計合理，質(zhì)量可靠，貼合輸送介質(zhì)特性的的密封形式，綜合考慮，動力密封合適，還是機械密封合適，機械密封是內(nèi)裝式，還是外裝式，是單端面還是雙端面，是單彈簧還是多彈簧，以及動靜環(huán)材質(zhì)，以及是否允許冷卻水進入輸送介質(zhì)，只有經(jīng)過詳細的調(diào)研，審慎的選擇密封形式，才能從源頭上治理上述問題。

適宜的優(yōu)質(zhì)的機械密封在生產(chǎn)中壽命達到一年以上應(yīng)當(dāng)作為常規(guī)的目標(biāo)壽命，也可以在滿足使用條件的前提下推廣使用只有靜密封的磁力泵。選擇適當(dāng)?shù)拿芊庑问?，可以杜絕冷卻水進入輸送介質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量問題，可以避免大量的密封改造工作以及改造引起的現(xiàn)場管理問題。

密封也要配套合理的冷卻沖洗方案，在滿足使用條件的前提下可以推廣使用已經(jīng)在用的WB2系列密封，不用外加冷卻水；在滿足使用條件下可以推廣自身循環(huán)冷卻沖洗結(jié)構(gòu)，見圖7，這樣可以盡可能的減少工業(yè)水消耗。

圖7 自身循環(huán)冷卻沖洗結(jié)構(gòu)

3.2 加強離心泵檢修過程管理

圖8 CB系列動力密封冷卻水出入口

動力密封泵冷卻水高進低出是會影響密封壽命的，CB系列動力密封正確的冷卻水出入口見圖8，檢修人員應(yīng)該確保冷卻水管路向上溢流，對細節(jié)工作應(yīng)引起足夠重視。

機械密封的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對安裝人員水平要求更高。彈簧壓緊必須適宜，密封端面不得有細小顆粒，各輔助靜密封點也要確保密封可靠等等，提高檢修人員專業(yè)素養(yǎng)，確保密封安裝乃至設(shè)備安裝的質(zhì)量是延長離心泵密封壽命的重要一環(huán)。

3.3 加強離心泵使用過程管理

正確的操作和維護也是延長密封壽命的必要條件。有些設(shè)備開停車比較頻繁，操作工應(yīng)該嚴格按照設(shè)備操作規(guī)程進行操作，先盤車后開機，先開冷卻水后開機，及時清理密封周圍料垢等等，不按操作法進行操作對密封的損害都是不可逆的，一次違規(guī)操作也會嚴重影響密封壽命。

4 結(jié)束語

離心泵是FCC催化劑重要的生產(chǎn)設(shè)備單元，做好離心泵密封選型、安裝、使用維護和檢修，是確保離心泵現(xiàn)場管理規(guī)范，高效運行，節(jié)能降耗的重要基礎(chǔ)工作，應(yīng)當(dāng)引起重視。