炼油厂循环水泵密封改进和安装

梁小伟

摘 要：循环水泵使用软硬填料组合密封设计后，不但能保证长周期稳定运行，而且大大降低了维修次数和维修费用，具有很好的经济效益和社会效益。

关键词：轴封 软硬填料组合密封设计 软填料密封 硬填料盘根 软填料枪 在线修复密封 降低维修成本

中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0114-02

中石油宁夏石化公司20011年进行炼油装置改扩建工程，原油加工能力从150万吨/年上升至500万吨/年，催化裂化加工能力从60万/年提高到260万吨/年，随着炼油装置加工量的提高，为了节约建设成本，提高设备经济指标，公司决定将原水汽车间403单元老三循旧装置改造为新二循，通过地下管网改造后利旧，原有4台循环水泵直接给新污水、新聚丙烯、新空分空压提供循环水，水泵的密封对整个设备运转来说起着举足轻重的作用，旧的4台循环水泵能否满足新装置的生产要求，能否长周期稳定运行，如何选择水泵密封是关键所在。

1 各种循环水泵密封介绍

众所周知，轴封是防止泵轴与壳体处泄露而设置的密封装置。常用的轴封型式有填料密封、机械密封和动力密封。填料密封结构简单、价格便宜、维修方便，但泄漏量大、功耗损失大。因此，填料密封用于输送一般介质，如水；一般不适于石油及化工介质，特别是不能用在有腐蚀性、易爆和有毒介质中。机械密封水泵的密封效果好，泄露量很小，寿命长，但价格贵，加工安装维修保养比一般密封要求高。动力密封可分为背叶片密封和副叶轮密封两类。泵工作时靠背叶片（或副叶轮）的离心力作用使轴封处的介质压力下降至常压或负压状态，使泵在使用过程中不泄露，适用于输送含有固体颗粒较多的介质，缺点是功率损失较机械密封大，且其一停车密封装置的寿命就缩短。循环水泵的密封对整个设备运转来说起着重要的作用，如水泵的密封系统泄漏将会严重影响到设备的正常运转。如何选擇合适的水泵密封，减少泄漏率，降低成本呢？

2 炼油厂二循循环水泵设备概况和参数

水汽车间403单元P-301A/B/C（型号：500S-59）是卧式离心泵，由兰州水泵厂1999年制造，2000年5月投运至今，403单元P-301D（型号：DFSS600-830A）也是卧式离心泵，由上海东方泵业2007年5月制造，2007年7月投运至今。

4台循环冷水泵参数如表1所示。

3 炼油厂循环水泵密封选择分析

炼油厂水汽车间403单元循环水泵P-301A/B/C，一开始设备运转时均采用普通石墨盘根作为密封材质，经常出现泄漏，油浸石墨盘根具有耐热性、柔软性好、强度高等优点，但它也有致命的缺点：表面粗糙、摩擦系数大、有渗漏现象，另外使用久了浸入的润滑剂容易流失。浸油石墨棉绳盘根在水中长期浸泡会变得很硬，而且由于膨胀系数大，摩擦力较大。在实际生产中，经常出现这样的状况：新修好的设备，开始运行时轴封状况良好，但用不了多久，泄漏量便不断增加，经过调整压盖紧固填料后泄漏量能稍小，但运转不到三个月，石墨盘根已经渗漏严重，无法起到密封作用。严重时还会出现轴套磨损或磨断现象，增加了检维修工作量和维修成本。

我们在用普通石墨盘根填料，发现其具有3个缺点：（1）盘根填料与轴套直接接触，且相对转动，造成盘根填料与轴套的磨损，所以必须定期或不定期更换轴套。（2）为了使盘根与轴套间产生的摩擦热及时散掉，盘根密封必须保持一定量的泄漏，而且不易控制。（3）盘根与轴套间的摩擦，造成电机有效功率降低，消耗电能，有时甚至达到5%左右的惊人比例。从填料密封的原理来看，流体在密封腔内可泄漏的通道有三处：其一是流体穿透石棉材料造成泄漏；其二是从填料与泵体流道之间泄漏；其三是从填料与轴套表面之间泄漏。因此，防止水泵泄漏最为关键的措施是合理设计密封。

炼油厂二循循环水泵是炼油厂500万吨炼油项目2套在线循环水装置之一。二循循环水泵运行的好坏将直接影响到整个炼油系统的稳定运行。而循环水泵轴向密封的好坏同样影响循环水泵的稳定运行，在循环水泵使用石墨盘根密封的时期就有烧毁盘根的事情发生，为保证循环水泵的稳定运行，如何选择合适的水泵密封，减少泄漏量，降低检维修成本，减少事故停车率，是设备技术人员迫切需要解决的难题之一。通过多次的探索实践，我车间逐步实验对二循循环水泵轴向密封进行了改造，使用至今，效果良好。

具体设计改造方法采用如图所示，软硬填料组合密封设计，填料压盖两端采用艾志填料412SC盘根20.6 mm×20.6 mm（填料盘根中间有塑胶红心），形成密封骨架，填料腔体内中间用艾志CMS-2000软填料进行密封，艾志CMS-2000软填料有着盘根无法比拟的优势，填料腔体内填充的是一种优良的密封软材料，它耐热18 ℃～200 ℃，最大线速度8 m/s，耐腐蚀性强，适用介质PH值范围4～13，主要适用于水介质。这种软填料状态为胶泥状，黑色CMS-2000由纯合成的KEVLAR纤维、高纯度的石墨、PTFE、有机密封剂四种不同的材料混合组成。其中，KEVLAR纤维最大特点是具有极高的抗冲击强度和抗拉强度；高纯度的石墨是美国赤士盾公司在特殊的生产条件下，如真空状态下，生产出来的产品，能减小其内部的摩擦，其含有的高分子硅脂主要是为了增加CMS2000的抗磨蚀能力；PTFE为聚四氟乙烯的英文缩写；而有机密封剂是由美国赤士盾公司的专业工程技术人员研制的，专门用于CMS2000的一种获得专利的纯合成液体，能有效保证CMS2000良好的密封性能。

在离心泵运转时，软填料的特殊合成纤维会缠绕在轴的轴套上，并随轴套同步旋转，形成旋转层的“动环”；在填料腔内壁上软填料粘附在其上，形成一个不动的静环。泵轴的转动使软填料层做剪切运动，会使特殊合成纤维剪切后形成合成材料环，并生成许多齿或槽，组成迷宫式的间隙，对密封的介质产生节流效应而起到有效的密封作用。

CMS-2000与传统密封形式比较：（1）不会对轴套造成磨损，不需要更换轴套。普通的填料密封，因为轴套与填料之间有相对运动产生，所以轴套会被磨损，需要我们经常更换轴套，同时填料也因为磨损造成泄漏，也需要更换，一般来说填料被磨损了10%左右就需我们进行更换了。以P-301A泵为例，该泵以前使用盘根，由于轴套磨损严重，每年大修4次，维护工作量较大，使用该填料一年后，检修时发现轴套无明显磨损。同时，由于取消冷却水管，无冷却水泄露。使用该填料几年来，未发现明显泄露。

（2）可在线修复，维修劳动强度低。普通的填料密封在失效时，需要维修人员将设备停机，将石墨填料盘根取出后再进行安装，这样会造成停机损失。软硬填料组合密封设计，在泄漏量不断增加，但艾志填料412SC盘根良好未被甩出的情况下，对循环水泵的泄漏维修时可在设备的运动状态下进行，可将软填料注入口打开，接上软填料枪后，将软材料注入填料腔体内，即可重新实现有效的密封不漏水，避免了停机维修损失产生的损失。

（3）避免电力的无谓损耗。普通的填料密封的密封力的来源于压盖将填料的轴向压力而造成的填料的径向扩张力（即填料对轴的抱紧力），这就使得轴必须要克服这种密封力（抱紧力）才能进行运动，轴就必须消耗较大的功率，造成无谓的电力消耗。软硬填料组合密封设计中CMS2000材料的组成为摩擦系数极低的非金属和液体，再加上艾志412SC填料盘根中心为塑胶红心材料，有良好的伸缩性和低摩擦性，轴在运动时不需要克服较大的密封力，这就意味着轴功率不会有无谓的消耗。

（4）不需要冲洗或冷却。普通的填料密封因为填料与轴套之间产生较大的磨擦热，所以需要采用冷卻水来冷却，这样就造成了冷却水的消耗。CMS2000泵填缝料会形成无缝的合成材料环，型状状与轴套的不规则处完全吻合，对于磨损变糙的轴套依然有效，几乎可以完全杜绝渗漏，因此泵不再需要进行冲洗，回收冲洗液，更换轴套，节省开支，美化现场卫生。

4 炼油厂循环水泵软硬填料的安装

填料的组合与安装是否正确对密封的效果和使用寿命影响很大，不正确的安装是导致软硬填料密封发生过量泄漏和密封过早失效的主要原因之一。

安装时要注意以下几个方面的要求。

（1）离心泵填料腔体内表面、轴套、轴表面不应有划伤（特别是轴向划痕）和锈蚀，轴套应尽量光滑，以减小摩擦，防止软填料被挤出。

（2）硬填料环尺寸要与填料腔体内和轴套的尺寸相协调，填料环不能任意将其变形安装。

（3）软填料不要压得过多过实，否则泵启动后软填料易被挤出，开泵后，如果有漏水现象，用软填料枪通过填料室小孔加注软填料，直至完全不漏水。

（4）切割硬填料412SC盘根，最好是与轴呈45°的斜口。

（5）装填时须注意相邻硬填料环的切口之间应错开。填料环数为4～8时，装填时应使切口相互错开90°；3～6环时，切口应错开120°。

（6）硬填料环全部装完后，在拧紧压盖螺栓时，为使压力平衡，应采用对称拧紧，压紧力不宜过大；先用手拧，直至拧不动时，再用扳手拧。

（7）安装最后2圈硬填料盘根时，要用手盘动泵轴，以手感适度为宜，不能将压盖螺栓拧得过紧，以免烧轴。

（8）严格控制轴与轴承孔、填料腔体的同轴度，还有轴的径向圆跳动量和轴向窜动量，它们是填料密封具有良好密封性能的先决条件和保证。

5 密封改造后如何开停循环水泵

开循环水泵时，一定要先边盘车边紧固压盖螺栓至螺母全部带满丝扣，然后抹上黄油，将真空抽至泵顶部充满液体流下，同时要在泵出口较低处增加4分或6分放空阀，并打开放空阀对泵进行排气处理，至到放空阀无气排出并放水带压后，再缓慢开启冷水泵出口，并注意保持出口压力稳定，直到将冷水泵开起来。停循环水泵时与停普通离心泵相同。

6 密封改造效果

403单元循环水泵使用软硬填料组合密封设计后，对大型电机耗能将有一定的节约，节能降耗明显；密封使用寿命长，长期无需更换，降低设备故障率；密封可在线修复，减轻了工人劳动强度和停送电动设备检修的麻烦；不需冷却或冲洗，不泄露，避免介质的无谓流失，使水泵现场5S环境卫生得到改善。

从降低检修成本考虑，由于每年不再对轴套磨损、填料损坏进行维修，更能降低生产维修成本，提高生产的综合效益。软填料可重复使用，用过的软填料用水泡后与新填料混合，可重新使用，又减少了设备材料的库存量。

总之经过细致的运行观察，二循循环水泵使用软硬填料组合密封设计后，不但能保证长周期稳定运行，而且大大降低了维修次数和维修费用，具有很好的经济效益和社会效益。

参考文献

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[2] 魏龙.密封技术[M].北京化学工业出版社，2004.

[3] 杜庭旭，付小军，林建民.循环水泵填料密封的改造[J].甘肃科技纵横，2003（3）.