高原地區(qū)化工離心泵密封形式改造的探討

夏洪軍

中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司于2008年開始建設(shè)。2011年8月7日正式投產(chǎn)的100萬噸/年純堿生產(chǎn)裝置，采用先進(jìn)成熟的氨堿法生產(chǎn)工藝。在氨堿法工藝生產(chǎn)中，氨鹽水的碳酸化過程是工藝條件最多、影響因素最廣、物理和化學(xué)變化最繁多的一個(gè)工序，其中中和水、氨鹽水、冷母液介質(zhì)的消耗與調(diào)節(jié)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的影響也是非比尋常。該裝置中輸送中和水、淡氨鹽水、冷母液介質(zhì)采用機(jī)械密封裝置的泵輸送。

在實(shí)際運(yùn)行中中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵存在泄漏嚴(yán)重，維修費(fèi)用高，勞動(dòng)強(qiáng)度大等一系列問題。為了解決以上問題，我公司將其密封形式改造為副葉輪填料密封?，F(xiàn)就中和水、淡氨鹽水、冷母液泵密封裝置改造進(jìn)行討論。

1.密封工作原理及結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封在旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的應(yīng)用非常廣泛，機(jī)械密封的密封性能直接影響到整機(jī)的運(yùn)行效果。機(jī)械密封又叫端面密封，它是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置，指至少有一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在液體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。機(jī)械密封通常有靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、壓緊元件和密封元件組成。其中動(dòng)環(huán)隨泵軸一起旋轉(zhuǎn)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)緊密貼合組成密封面，防止介質(zhì)泄漏。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖

2.機(jī)械密封在中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵中的故障表現(xiàn)及原因分析

2.1機(jī)械密封振動(dòng)偏大，導(dǎo)致最終失去密封效果。中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵機(jī)械密封的密封端面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)端面磨損、裂縫、破損等情況，彈簧用久了也會(huì)松弛、斷裂、腐蝕，輔助密封圈也會(huì)出現(xiàn)裂口、扭曲和變形、破裂等情況。

2.2機(jī)械密封在中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵的運(yùn)用中，由于結(jié)晶的析出，顆粒、雜質(zhì)的沉積，使機(jī)械密封的彈簧失靈，顆粒進(jìn)入密封面摩擦，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械密封的迅速損壞，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械密封經(jīng)常性泄漏。然而在機(jī)械密封中增加沖洗系統(tǒng)生成阻封它可以有效的保護(hù)密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。但中鹽青海昆侖堿業(yè)有限公司地處海拔3000多米的高原，由于地理環(huán)境的因素導(dǎo)致本地區(qū)水質(zhì)不好，水中Caso4,Mgso4含量高，水的硬度大，雜質(zhì)多，這些原因嚴(yán)重威脅著機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)，致使機(jī)械密封達(dá)不到密封效果。

2.3中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵泵軸、泵體、密封腔體的加工精度不夠?qū)C(jī)械密封的密封效果也是非常不利的。

2.4機(jī)械密封經(jīng)常性泄漏，使得中和水、淡氨鹽水、冷母液消耗高。經(jīng)常更換機(jī)械密封明顯增加了維修勞動(dòng)強(qiáng)度和維修費(fèi)用

結(jié)論：在高原地區(qū)中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵的密封裝置使用機(jī)械密封沒有很好的效果。

3.中和水、淡氨鹽水、冷母液泵由機(jī)械密封形式改造為副葉輪填料密封裝

3.1 副葉輪填料密封的原理及特點(diǎn)

副葉輪密封系統(tǒng)是利用回轉(zhuǎn)體帶動(dòng)流體使之產(chǎn)生離心力以克服泄露的裝置。其密封能力來源于機(jī)器軸的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)副葉輪所做的功。副葉輪所產(chǎn)生的揚(yáng)程起到封堵輸送介質(zhì)的作用。副葉輪只在泵運(yùn)行時(shí)起到密封作用，所以為防止泵停機(jī)后輸送介質(zhì)泄漏配備了停車密封，采用填料作為停車密封。副葉輪密封的特點(diǎn)在于它沒有直接接觸的摩擦副，可以采用較大的密封間隙，可以密封含有固相雜質(zhì)的介質(zhì)，中和水、淡氨鹽水、冷母液介質(zhì)狀態(tài)適用副葉輪填料密封。如果設(shè)計(jì)合理可以做到接近零泄露率。

圖2 改造后 副葉輪填料密封結(jié)構(gòu)圖

表1 中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵改造前后參數(shù)變化

3.2 副葉輪填料密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

副葉輪填料密封的結(jié)構(gòu)如圖2所示，副葉輪密封系統(tǒng)是由副葉輪和填料兩部分組成。當(dāng)泵工作時(shí)來自葉輪出口處的高壓液體經(jīng)泵蓋與護(hù)板之間的間隙進(jìn)入副葉輪流道內(nèi)，同時(shí)由于副葉輪的旋轉(zhuǎn)作用使流到內(nèi)的液體形成一個(gè)具有一定厚度的液體環(huán)。如果以P1表示液體環(huán)產(chǎn)生的離心壓力，在泵運(yùn)行時(shí)，它將與副葉輪周圍的中和水、淡氨鹽水、冷母液壓力P2相平衡。在副葉輪的工作中，當(dāng)P1＜P2時(shí)，由于副葉輪內(nèi)的液體向外流動(dòng)使液體環(huán)變薄，這時(shí)離心壓力降低，直到P1=P2時(shí)流動(dòng)停止，出現(xiàn)新的平衡。相反，當(dāng)P1＞P2時(shí)，副葉輪內(nèi)的液體向內(nèi)流動(dòng)使液體環(huán)變厚，這時(shí)離心壓力升高，直到P1=P2時(shí)，又出現(xiàn)新的平衡。只要液體環(huán)的厚度變化是在副葉輪的流道內(nèi)進(jìn)行，這種平衡狀態(tài)就不會(huì)破壞，介質(zhì)就不會(huì)泄漏。開車前將填料加好，填料壓蓋壓緊，也會(huì)減少泄漏的。

3.3 密封裝置改造

公司技術(shù)人員經(jīng)過認(rèn)真測(cè)繪后，在原葉輪、托架及泵軸不變的情況下去掉機(jī)械密封。增加泵蓋、副葉輪、護(hù)板、軸套、填料5件零件即可。

3.4 改造前后的變化

中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵密封裝置由機(jī)械密封改造為副葉輪填料密封之后，設(shè)備泄漏率明顯降低，維修費(fèi)用及勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低，除此之外，還進(jìn)一步改善了員工的工作環(huán)境。

改造前后中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵技術(shù)參數(shù)變化如表1所示。

4.結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論，在高原地區(qū)，含有固體顆粒、雜質(zhì)的中和水、淡氨鹽水、冷母液介質(zhì)還是比較適合副葉輪填料密封裝置。此次密封形式的改造獲得了成功。