焦油加工系統(tǒng)瀝青輸送泵動(dòng)力密封裝置的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)

梁毅凌

（山西焦化集團(tuán)有限公司，山西 洪洞 041606）

1 技術(shù)背景

山西焦化集團(tuán)有限公司焦油加工廠焦油蒸餾裝置引進(jìn)法國(guó)IRH 公司技術(shù)，于2005 年9 月建成投產(chǎn)，焦油加工能力設(shè)計(jì)為30 萬(wàn)t/a（設(shè)計(jì)無(wú)水焦油加工負(fù)荷38 t/h）。

該裝置引進(jìn)美國(guó)ITT Vogel 瀝青輸送泵2 臺(tái)，該設(shè)備是焦油蒸餾的主要設(shè)備，用途是將初餾單元汽提塔內(nèi)的中溫瀝青（密度1 120 kg/m3，溫度380 ℃～400 ℃），輸送至改質(zhì)瀝青裝置，該設(shè)備的運(yùn)行直接影響焦油加工裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

美國(guó)ITT Vogel 瀝青輸送泵為臥式離心泵，泵體采用蒸汽保溫及冷卻水夾套，密封形式采用填料成型環(huán)密封，該密封形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修難度不大且使用周期較長(zhǎng)，相比較國(guó)內(nèi)其它的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)(帶循環(huán)液冷卻泵站)，具有穩(wěn)定性較強(qiáng)，維護(hù)成本較低的優(yōu)勢(shì)。

從裝置投產(chǎn)之日起，該設(shè)備已連續(xù)運(yùn)行14 年。2019 年檢查發(fā)現(xiàn)該設(shè)備泵軸、葉輪、副葉輪、軸套磨損嚴(yán)重，致使填料密封泄漏頻繁，日均更換填料密封1 次～3 次，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行非常困難，同時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)瀝青泄漏嚴(yán)重，存在高溫瀝青煙氣易著火的安全隱患。

由于美國(guó)ITT Vogel 瀝青輸送泵已停產(chǎn)，備件無(wú)法采購(gòu)。經(jīng)了解，目前ITT 工業(yè)集團(tuán)的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)高質(zhì)泵，一套機(jī)械密封費(fèi)用約為15 萬(wàn)元，單臺(tái)設(shè)備采購(gòu)價(jià)格約為150 萬(wàn)元（包含易損件1 套），備件費(fèi)用較高。

同時(shí)，經(jīng)考察調(diào)研國(guó)內(nèi)相關(guān)設(shè)備廠家及焦油加工生產(chǎn)單位，發(fā)現(xiàn)其高溫瀝青泵的使用效果均不佳（國(guó)內(nèi)主要為帶循環(huán)液冷卻泵站的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)），機(jī)械密封檢修也較為頻繁。

為此，放棄采購(gòu)ITT 工業(yè)集團(tuán)的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)高質(zhì)泵和國(guó)內(nèi)高溫瀝青泵，開(kāi)展了瀝青輸送泵動(dòng)力密封技術(shù)攻關(guān)，本次研究的方向?yàn)楸皿w采用保溫/冷卻夾套，同時(shí)結(jié)合泵類設(shè)備動(dòng)力密封思路進(jìn)行研究實(shí)施。

2 詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容

2.1 基本原理

動(dòng)力密封由副葉輪、副葉片（又叫背葉片）、固定導(dǎo)葉和停車密封裝置等組成。副葉片的作用是減低泵腔的壓力，達(dá)到平衡軸向力和防止顆粒進(jìn)入密封裝置的目的。

2.2 零部件選材

原ITT 泵的主要零部件材質(zhì)為德國(guó)牌號(hào)，口環(huán)、鍵、軸、軸套材質(zhì)為1.4462，葉輪、副葉輪、泵蓋、連接體等材質(zhì)為1.4517?？紤]到工藝工況，通過(guò)查找中外鋼材牌號(hào)對(duì)比，部件材質(zhì)采用成分與國(guó)外相近的材質(zhì)。

2.3 實(shí)施范圍

本次研究改造瀝青輸送泵為2 臺(tái)，包含泵座、電機(jī)（電機(jī)采用佳木斯電機(jī)Y180M-4，22 kW，防爆等級(jí)ExdⅡBT4，防護(hù)等級(jí)IP55，50Hz）、主要傳動(dòng)易損件（包括泵軸、葉輪、軸套、一級(jí)副葉輪、連接段、二級(jí)副葉輪），電氣控制系統(tǒng)利用原有變頻控制系統(tǒng)。

3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

在本次研究改造中，如第172 頁(yè)圖1 所示，將動(dòng)力密封總成替換離心泵常規(guī)的機(jī)械密封總成。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，離心泵工作葉輪與起密封作用的副葉輪同軸旋轉(zhuǎn)，工作葉輪泄漏出來(lái)的液體流到副葉輪后，通過(guò)副葉輪作用產(chǎn)生的壓力，與泄漏液體的壓力在副葉輪頂端與密封總成內(nèi)端面處達(dá)到平衡，從而使泄漏液體起到密封作用。在停泵時(shí)，副葉輪動(dòng)力密封不起作用，泵內(nèi)液體壓力較小，泄漏到副葉輪的液體通過(guò)成型環(huán)密封進(jìn)行密封。

圖1 動(dòng)力密封示意圖

4 實(shí)施效果

P212B 瀝青輸送泵于2020 年8 月8 日投入運(yùn)行，截至2021 年6 月16 日連續(xù)運(yùn)行7 465 h，設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)指標(biāo)均正常，滿足焦油加工裝置滿負(fù)荷運(yùn)行（現(xiàn)無(wú)水焦油加工負(fù)荷提高至39.5 t/h，比原設(shè)計(jì)加工量提高1.5 t/h）。瀝青輸送泵剖面簡(jiǎn)圖，如圖2所示。

圖2 瀝青輸送泵剖面簡(jiǎn)圖

5 解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

將動(dòng)力密封總成替換離心泵常規(guī)的機(jī)械密封總成，在停泵時(shí)，副葉輪動(dòng)力密封不起作用，泵內(nèi)液體壓力較小，泄漏到副葉輪的液體通過(guò)停車密封進(jìn)行密封。

6 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)此次技術(shù)改造，有效降低了設(shè)備維修率及備件采購(gòu)費(fèi)用。原美國(guó)ITT Vogel 瀝青輸送泵（填料成型環(huán)密封）資產(chǎn)原值約為220 萬(wàn)元/臺(tái)，每年易損部件費(fèi)用需要約25 萬(wàn)元/臺(tái)。

按照現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)化瀝青輸送泵采購(gòu)價(jià)格約為25 萬(wàn)元/臺(tái)，每年易損部件費(fèi)用約5 萬(wàn)元/臺(tái)測(cè)算，在設(shè)備采購(gòu)方面，節(jié)約資金195 萬(wàn)元/臺(tái)，按照設(shè)備運(yùn)行模式（一開(kāi)一備），年可節(jié)約備件費(fèi)用約20 萬(wàn)元。

同時(shí)，在穩(wěn)定焦油加工負(fù)荷方面，焦油加工量比設(shè)計(jì)可提高1.5 t/h,每年可增加無(wú)水焦油加工量約12 600 t（排除年檢修時(shí)間15 d 計(jì)算）。

7 社會(huì)效益分析

通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，消除了現(xiàn)場(chǎng)瀝青泄漏積存易燃的安全隱患，解決了瀝青煙氣的現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保隱患，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境，有效保護(hù)了職工的人身安全，減少了職業(yè)病的發(fā)生。同時(shí)，提高了設(shè)備的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，降低了設(shè)備維修頻次。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)化前2019 年1～8 月份泄漏頻繁時(shí)，每天更換填料密封達(dá)1～3 次，8 個(gè)月僅填料密封備件費(fèi)用就達(dá)8 萬(wàn)元。

設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)，解決了困擾公司焦油加工裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，滿足生產(chǎn)工藝對(duì)該設(shè)備的迫切需求，節(jié)約了大量維修資金，帶動(dòng)焦油加工行業(yè)技術(shù)水平的提升。

8 推廣應(yīng)用情況及前景

國(guó)內(nèi)在煤焦化工生產(chǎn)系統(tǒng)中，在進(jìn)口設(shè)備及其零部件的使用方面，由于存在設(shè)備部件供貨周期時(shí)間長(zhǎng)、產(chǎn)品升級(jí)采購(gòu)困難、采購(gòu)價(jià)格高等諸多因素，給生產(chǎn)裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)和成本管理帶來(lái)了極大的影響。

本次新型動(dòng)力密封高溫瀝青泵，相比較其它高溫泵的優(yōu)點(diǎn)在于采用動(dòng)力密封，取消了復(fù)雜的機(jī)械密封+循環(huán)油站冷卻系統(tǒng)，降低操作難度，延長(zhǎng)泵的使用周期，動(dòng)力密封泵的易損件較少，從而降低了設(shè)備的檢修成本和運(yùn)行成本。

該動(dòng)力密封在高溫瀝青輸送泵國(guó)產(chǎn)化技術(shù)研究的成功運(yùn)用，為同類型的高溫泵的選型提供技術(shù)支撐，尤其在國(guó)內(nèi)相關(guān)煤化工裝置的高溫泵的應(yīng)用方面，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。