干氣密封在醋酸酐生產(chǎn)廢氣輸送風(fēng)機(jī)中的運(yùn)用

(四川普什醋酸纖維素有限責(zé)任公司，四川宜賓，644300)

某公司醋酸酐裝置的主要工序便是裂解工序，由兩臺(tái)天然氣裂解爐完成，工序的作用是將醋酸裂解生成乙烯酮，但由于醋酸裂解是一個(gè)多元反應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生諸如丙酮、乙炔、氫氣、甲烷等副產(chǎn)品，此類氣體普遍存有高溫、易燃易爆性和毒性，如廢氣發(fā)生泄漏極有可能造成裝置火災(zāi)、爆炸等安全事故。因此，對(duì)于此類副產(chǎn)品，須進(jìn)行回收，并通過(guò)廢氣輸送風(fēng)機(jī)將其送入裂解爐進(jìn)行燃燒，既可以消除廢氣對(duì)環(huán)境和人身的傷害，又可以為裂解爐提供燃燒能量，降低裝置能耗。廢氣輸送風(fēng)機(jī)原設(shè)計(jì)采用的是接觸式機(jī)械密封，運(yùn)行壽命短，一般為1.5個(gè)月，嚴(yán)重影響了廢氣輸送風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能，破壞正常生產(chǎn)秩序，花費(fèi)大量人力、物力進(jìn)行檢修，對(duì)裝置安全、環(huán)保管理造成較為嚴(yán)重的影響。

為解決此問(wèn)題，我們查詢了大量的學(xué)術(shù)研究報(bào)告，借鑒國(guó)內(nèi)外類似裝置的選型實(shí)例，并結(jié)合自有裝置的生產(chǎn)特性，對(duì)廢氣輸送風(fēng)機(jī)軸密封進(jìn)行了技術(shù)改造，將原來(lái)的接觸式機(jī)械密封改造為干氣密封，取得了良好的效果。以下全面分析了干氣密封在醋酸酐生產(chǎn)廢氣輸送風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用研究。

1 廢氣輸送風(fēng)機(jī)工況及使用情況

某公司廢氣輸送風(fēng)機(jī)為離心式通風(fēng)機(jī)，數(shù)量4臺(tái)，均為意大利整機(jī)進(jìn)口設(shè)備，公司內(nèi)部編制設(shè)備位號(hào)分別為1400-B01A、1400-B01B、2400-B01A、2400-B01B，輸送的廢氣溫度達(dá)90℃以上，風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速2980r/min。在廢氣輸送風(fēng)機(jī)泄漏期間通過(guò)儀器檢測(cè)，此4臺(tái)風(fēng)機(jī)在機(jī)械密封處的泄漏量如表1所示。

表1 廢氣輸送風(fēng)機(jī)泄漏情況統(tǒng)計(jì)

通過(guò)表1看出，如此嚴(yán)重泄漏量，對(duì)環(huán)境造成了重大污染，是裝置安全生產(chǎn)的一個(gè)重大隱患，嚴(yán)重危害到公司員工的身體健康。

2 廢氣輸送風(fēng)機(jī)原設(shè)計(jì)使用的接觸式機(jī)械密封選型缺陷分析

常規(guī)的離心泵或風(fēng)機(jī)，在使用機(jī)械密封進(jìn)行軸密封時(shí)，一般都采用的接觸式機(jī)械密封，依靠密封環(huán)的相互貼合及相對(duì)滑動(dòng)，完成對(duì)介質(zhì)的防泄漏工作。如使用空氣、水、油及腐蝕性低的介質(zhì)時(shí)，正常運(yùn)行周期一般在一年以上，但接觸式的機(jī)械密如使用于介質(zhì)易汽化、易揮發(fā)、高速、高壓和高溫等類似工況處，壽命周期將大大降低[1]。醋酸酐生產(chǎn)裝置中的廢氣，溫度高，介質(zhì)氣體多有高溫、易燃、毒性和腐蝕性，而且風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速高，接觸式機(jī)械密封在此工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，各密封組件極易受損；由于廢氣按工藝流程是輸送到裂解爐進(jìn)行再次燃燒，所以機(jī)械密封不能使用油冷或水冷，以確保機(jī)械密封不會(huì)因?yàn)槊芊獾膿p壞而造成冷卻介質(zhì)進(jìn)入輸送系統(tǒng)，導(dǎo)致發(fā)生更為嚴(yán)重的安全事故。沒(méi)有冷卻介質(zhì)的機(jī)械密封，在高溫、摩擦的作用下將會(huì)加速密封面的磨損，而端面磨損是引起機(jī)械密封失效的主要原因之一[2]，多種不利因素的后果必然是接觸式機(jī)械密封損壞。因此可以判定接觸式機(jī)械密封使用于此廢氣輸送風(fēng)機(jī)是不合理的，此處應(yīng)選擇使用非接觸式機(jī)械密封。

3 干氣密封的工作原理

干氣密封的概念是20世紀(jì)60年代末在氣體潤(rùn)滑軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是對(duì)接觸型液膜機(jī)械密封的改進(jìn)，是一種新型的非接觸式機(jī)械密填充，經(jīng)過(guò)數(shù)年研究，并投入工業(yè)應(yīng)用[3]。

干氣密封主要由密封環(huán)組件、密封圈、彈簧和襯套組成。密封環(huán)分為動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，動(dòng)環(huán)材質(zhì)選用整體合金材料(碳化鎢)制造，靜環(huán)材料一般為石墨。如圖1所示在動(dòng)環(huán)表面蝕刻螺旋槽圖案，從外圓周開(kāi)始，擴(kuò)展到密封面內(nèi)側(cè)一定距離的內(nèi)圓周，槽深3-10μm[4]。當(dāng)干氣密封延圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開(kāi)槽部分在剪切力的作用下將密封環(huán)外側(cè)的氣體泵入密封環(huán)間，由于動(dòng)壓槽并未在密封表面開(kāi)通至密封環(huán)內(nèi)側(cè)面，而且從外到內(nèi)動(dòng)壓槽內(nèi)徑逐漸變小，所以泵入動(dòng)壓槽內(nèi)的氣體會(huì)在動(dòng)壓槽尾部形成一個(gè)高壓區(qū)，在高壓的作用下，推開(kāi)密封面，氣體在密封副間的密封堰處形成一層氣態(tài)密封膜，氣膜的膜壓大于密封環(huán)的閉合壓力后，密封端面便會(huì)脫開(kāi)，保持并維系非接觸狀態(tài)，此時(shí)氣膜便成為一種隔離氣體，可以有效隔離介質(zhì)泄漏，甚至可以實(shí)現(xiàn)零溢出。

圖1 干氣密封工作原理

4 干氣密封工作狀態(tài)分析

干氣密封可以確保在工況條件變化下的密封性，密封氣膜壓力隨著工況的變化而在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，由于密封副氣膜壓力和風(fēng)機(jī)介質(zhì)壓力的波動(dòng)，動(dòng)靜環(huán)之間的間隙也會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。如圖2所示，干氣密封在正常工作狀態(tài)下，即FO= FC的情況下，密封副間氣膜是穩(wěn)定的，密封副形成無(wú)接觸、無(wú)磨損運(yùn)行；如因工況波動(dòng)，造成FO升高，出現(xiàn)FO>FC的情況，在FO作用下密封副間隙變大調(diào)節(jié)，形成新的平衡；反之，如因工況波動(dòng)，造成FO下降，出現(xiàn)FO

圖2 干氣密封工作狀態(tài)分析

5 干氣密封運(yùn)用于廢氣輸送風(fēng)機(jī)后的效益

干氣密封運(yùn)用于廢氣輸送風(fēng)機(jī)后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，驗(yàn)證了干氣密封運(yùn)用于廢氣輸送風(fēng)機(jī)是可行的，如表2所示。

表2 干氣密封投用后的泄漏情況統(tǒng)計(jì)

表2結(jié)論為4臺(tái)廢氣輸送風(fēng)機(jī)使用干氣密封后，平均壽命達(dá)到6.5個(gè)月，而且在連續(xù)運(yùn)行期間做到了零泄漏。風(fēng)機(jī)干氣密封的投用在經(jīng)濟(jì)效益方面也有以下2個(gè)方面的體現(xiàn)：

(1)解決了原接觸式機(jī)械密封故障率高，使用周期短的問(wèn)題，機(jī)械密封的使用壽命為1.5個(gè)月每套，備件價(jià)值0.5萬(wàn)元/套，每年備件費(fèi)為16萬(wàn)元；干氣密封壽命為6.5月每套，備件價(jià)值0.6萬(wàn)元套，每年備件費(fèi)用4.5萬(wàn)元。

(2)檢修人工成本機(jī)械密封年發(fā)生1.7萬(wàn)元，干氣密封年發(fā)生0.4萬(wàn)元。

4臺(tái)廢氣輸送風(fēng)機(jī)每年機(jī)械密封費(fèi)用為17.7萬(wàn)元，干氣密封費(fèi)用為4.9萬(wàn)元。由此可見(jiàn)，干氣密封經(jīng)濟(jì)效益明顯，每年可節(jié)省12.8萬(wàn)元。

另外，干氣密封的使用有效地延長(zhǎng)了設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行周期；改善了現(xiàn)場(chǎng)工人的勞動(dòng)環(huán)境；減少了因故障而發(fā)生的非計(jì)劃停車事故，對(duì)生產(chǎn)連續(xù)性起到有力保障，同時(shí)降低了生產(chǎn)能耗，體現(xiàn)了安全、環(huán)保效益。

6 結(jié)論

廢氣輸送風(fēng)機(jī)自改造為干氣密封以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)可靠，不僅延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，確保了人身安全，降低了安全環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)，而且還大幅度降低了設(shè)備檢修維護(hù)費(fèi)用，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。