催化劑噴霧往復(fù)式高壓泵密封系的技術(shù)改進(jìn)

楊宏濤

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

臥式三柱塞往復(fù)式高壓泵(以下簡稱高壓泵)在FCC催化劑制備中用于催化劑裝置的高壓噴霧干燥工序，其主要作用是將催化劑膠體輸送到干燥塔頂進(jìn)行高壓噴霧并干燥成型。高壓泵在催化劑生產(chǎn)應(yīng)用過程中有著流量壓力平穩(wěn)、維修容易、易損件容易加工、出口壓力高等優(yōu)點(diǎn)。

隨著催化劑膠體的固含量的不斷提高，高壓泵噴霧壓力也在不斷提高，導(dǎo)致高壓泵在運(yùn)行過程中柱塞填料密封頻繁泄漏，浪費(fèi)物料，降低產(chǎn)品收率，污染生產(chǎn)環(huán)境。針對高壓泵柱塞填料密封問題進(jìn)行了原因分析和技術(shù)改進(jìn)。

1 高壓泵工作原理

高壓泵是利用柱塞交替進(jìn)行吸入和排出來達(dá)到輸送催化劑膠體的目的。當(dāng)柱塞從最左位置向右運(yùn)動時，排出閥關(guān)閉，工作腔容積擴(kuò)大，物料在吸入壓力作用下，頂開進(jìn)液閥，直到柱塞運(yùn)動到右側(cè)極限位置。反之柱塞從右向左運(yùn)動，利用工作腔內(nèi)壓力，將進(jìn)液閥關(guān)閉，隨著柱塞向左推移，物料在柱塞的作用下將排液閥頂開，液體通過排出管排出，直到柱塞運(yùn)動到左側(cè)極限位置，如此周而復(fù)始持續(xù)運(yùn)行。高壓泵工作原理見圖1。

注：1.排出管;2.排液閥;3.進(jìn)液閥;4.進(jìn)口管;5.工作腔;6.柱塞;7.柱塞桿;8.十字頭;9.連桿;10.曲軸

2 高壓泵柱塞填料密封系技術(shù)改進(jìn)

高壓泵柱塞填料密封泄漏的途徑主要包括催化劑膠體通過填料本身的縫隙泄漏、通過填料與填料函內(nèi)壁之間的縫隙泄漏、通過填料與柱塞之間的縫隙泄漏。

高壓泵柱塞填料密封泄漏的主要原因是柱塞磨損和填料失效。經(jīng)過分析，造成柱塞磨損和填料失效的主要原因是：(1)物料腐蝕；(2)物理磨損；(3)填料壓蓋預(yù)緊力不合適；(4)高壓泵運(yùn)行中維護(hù)不當(dāng)。針對以上問題進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。

2.1 高壓泵柱塞填料密封結(jié)構(gòu)及原理

高壓泵采用主副雙填料函密封結(jié)構(gòu)，外供水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻潤滑，同時阻止帶有SiO2硬質(zhì)顆粒的催化劑膠體進(jìn)入填料。主密封函兩端安裝主副導(dǎo)向套，中間安裝7根填料；副填料函安裝兩端為壓環(huán)，中間安裝3根填料。通過壓蓋對填料施加軸向壓緊力，使填料產(chǎn)生軸向壓縮變形，同時產(chǎn)生對填料徑向壓緊力，使填料徑向膨脹緊貼于填料函內(nèi)壁和柱塞表面，阻止物料泄漏，是典型的軟填料密封[1-2]，高壓泵填料函結(jié)構(gòu)見圖2。

注：1.柱塞；2.主密封函體；3.墊環(huán)；4.主導(dǎo)向套；5.填料環(huán)；6.副導(dǎo)向套；7.副密封函體；8.壓環(huán)；9.O型圈；10.主填料調(diào)節(jié)帽；11.墊環(huán)；12.副填料調(diào)節(jié)帽

3.3 高壓泵柱塞填料密封技術(shù)改進(jìn)

2.3.1 填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

填料柱塞密封泄漏的主要原因是柱塞腐蝕磨損和填料失效，從大量的檢維修實例來看，安裝在主填料函內(nèi)側(cè)端部的不銹鋼墊環(huán)，在使用過程中柱塞由于重力作用造成偏心下垂，極易刮擦柱塞造成往復(fù)機(jī)械損傷，并且存在不銹鋼墊環(huán)不耐酸腐蝕問題，墊環(huán)內(nèi)表面腐蝕出溝槽或毛刺，表面不光滑，加劇了不銹鋼墊環(huán)與柱塞之間的磨損，從而導(dǎo)致填料密封泄漏。主填料函填料密封結(jié)構(gòu)圖、不銹鋼墊環(huán)如圖3、圖5所示。

注：1.芳綸填料；2.赤士盾填料

圖3 主填料函填料密封結(jié)構(gòu)圖

圖4 不銹鋼墊環(huán)

針對密封結(jié)構(gòu)存在的缺陷，對密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)。通過分析討論，將密封結(jié)構(gòu)中的不銹鋼墊環(huán)去掉，采取調(diào)整導(dǎo)向套長度和填料環(huán)數(shù)的方案，即加長副導(dǎo)向套、填料環(huán)數(shù)不變的方案，從而調(diào)整零部件裝配位置，優(yōu)化密封結(jié)構(gòu)。填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，記錄了改進(jìn)前后年度的運(yùn)行周期，填料密封的運(yùn)行周期見表1。

表1 填料密封的運(yùn)行周期

由表1可以看出，填料密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，延長了高壓泵柱塞填料密封的運(yùn)行周期，減少了膠體泄漏，平均運(yùn)行周期延長了26.4%，柱塞填料密封檢維修成本降低了21.1%。

2.3.2 柱塞改進(jìn)

為了解決柱塞腐蝕磨損問題，根據(jù)高壓泵的工作條件，從柱塞材質(zhì)方面進(jìn)行改進(jìn)。

高壓泵目前所使用的的柱塞是由316L不銹鋼制成，在催化劑生產(chǎn)中，帶有SiO2硬質(zhì)顆粒的催化劑膠體對316L不銹鋼柱塞的磨損嚴(yán)重，因此尋求一種耐磨性更高的柱塞材質(zhì)，是解決柱塞磨損問題的關(guān)鍵所在。

陶瓷材料是指用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。它具有高熔點(diǎn)、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷材料中的結(jié)構(gòu)陶瓷，主要用于制作結(jié)構(gòu)零件。機(jī)械工業(yè)中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經(jīng)受摩擦而易磨損的零件，用金屬和合金制造有時也是使用不了多久就會損壞，而先進(jìn)的結(jié)構(gòu)陶瓷零件極其耐磨。鑒于陶瓷的高耐磨性，選用了陶瓷柱塞，在催化劑生產(chǎn)中進(jìn)行了工業(yè)試驗，兩種材質(zhì)柱塞的使用壽命見表2。

表2 各種材質(zhì)柱塞使用壽命表

由表3可以看出，在相同的工作條件下，陶瓷柱塞的使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于316L不銹鋼柱塞的使用壽命。綜合考慮材料的使用壽命和價格，選用陶瓷材料的柱塞性價比更高，陶瓷柱塞如圖5所示。

圖5 陶瓷柱塞

柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，陶瓷柱塞的填料環(huán)組內(nèi)壁光滑，芳綸填料和赤世盾填料內(nèi)表面基本持平，而不銹鋼柱塞的填料環(huán)組內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，且附著膠粒，芳綸填料和赤世盾填料內(nèi)表面有著明顯的高度差，可見陶瓷柱塞的表面光潔度消除了對填料環(huán)組的磨損，陶瓷柱塞表面粗糙度、填料環(huán)組磨損情況對比如圖6、圖7所示。

圖6 陶瓷柱塞表面粗糙度

圖7 填料環(huán)組磨損情況對比

根據(jù)檢維修情況，統(tǒng)計了改進(jìn)前后近三年的填料密封的運(yùn)行周期，填料密封的運(yùn)行周期見表3。

表3 填料密封的運(yùn)行周期

由表3可以看出，柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，柱塞不磨損，不但柱塞的使用壽命大大延長，同時盡最大可能發(fā)揮填料的使用價值，延長了柱塞填料密封的運(yùn)行周期，2019年比2017年平均運(yùn)行周期延長了16.8%，柱塞填料密封檢維修成本明顯降低。

3 結(jié)論

通過對往復(fù)式高壓泵的填料密封結(jié)構(gòu)和柱塞材質(zhì)改進(jìn)后，延長了高壓泵柱塞填料密封的運(yùn)行周期，明顯延長了柱塞的使用壽命，降低了柱塞填料密封檢維修費(fèi)用，減少了膠體泄漏，提高了產(chǎn)品收率，增加了企業(yè)效益，陶瓷柱塞在同行業(yè)中值得進(jìn)行推廣應(yīng)用。