结晶热AⅠ离心泵机械密封改造方案

王志新

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)



结晶热AⅠ离心泵机械密封改造方案

王志新

(天津渤化永利化工股份有限公司，天津 300452)

针对设备泄漏对生产、环境造成的影响进行分析，就结晶离心泵运行现状，利用天津市双环机械密封公司的技术优势，将填料密封进行改造为弹簧式集装机械密封。在分析密封泄漏原因的基础上，改造弹簧、动静环与轴套的动密封圈，大大减少了泄漏的几率。

离心泵；机械密封；腐蚀；振动；改造

热AⅠ离心泵(型号：IJ250-200-450D/F2；制造厂：中国杭州碱泵有限公司；介质：氨盐水饱和溶液(强腐蚀性)；进口压力为常压，密封形式为动力密封，副叶轮+填料密封。)是联碱工艺生产的关键设备。泵运行中停备时，填料密封处泄漏严重，造成窜液，轴承经常损坏。停机状态时填料密封泄漏更为严重，造成母液外漏，泵房区域氨气含量超标。因填料泄漏使泵运转时振动较大，填料压盖因振动经常松开。同时也降低了泵效率，造成泵的运转寿命缩短，平均更换填料时间为半个月，更换填料轴套和副叶轮时间为三个月。对设备稳定运行和生产环境造成很大的影响。

为了彻底解决这一问题，笔者与合作外协单位一起对原泵结构进行了分析，由双环机械密封公司重新设计集装机械密封，改造后达到生产的要求，解决填料密封长期泄露的问题。

1 原因分析

自开工以来，经过几年的运行，轴套的磨损现象日益严重，压盖处的泄漏现象也越来越明显。氨母液四处喷溅影响了泵现场环境；老化的填料盘根造成能耗上升，泵运行震动增大等隐患。与我公司设备见本色工作相违背，所以对泵的轴封进行改造刻不容缓。将填料密封更换成机械密封。计划通过改造，杜绝氨母液四处喷溅问题，改善设备现场操作环境以及减少检修的工作量，提高生产效率，一定程度节约能源， 提高设备运行安全可靠性。

此类泵是IJ端吸式离心泵，主要零部件有泵体、泵盖、叶轮、轴、隔板、副叶轮、轴套、 联轴器等组成。

主要性能参数：

介质 (NH4)2CO3、Na2CO3

流量 600 m3/h

扬程 55 m

温度 40～50 ℃

比重 1.19

转速 1 490 r/min

结晶物 2%～4%

由于密封形式采用填料密封+副叶轮结构，泵运转过程中由于副叶轮离心力作用，填料密封腔为负压，泄露量较小。也就是副叶轮为填料室降压服务，泵运转时空气向泵内泄露。同时由于密封腔副叶轮离心力作用，造成填料密封处有气体进入泵内，引起泵振动超标，填料轴套磨损严重，轴承使用寿命大大降低。但停泵状态下，填料不佳时，介质泄漏量比较大。使生产环境氨的气体浓度严重超标。

2 改造方案

将填料密封+副叶轮结构改造为机械密封可以将泄露量减小至微渗漏或无泄露。JB/T4127.3-1999中规定：轴外径>50 mm，每小时泄漏量不超过5 mL。

根据轴套和盘根室尺寸及压盖螺栓孔中心距确定机械密封的外形尺寸。

泵输送介质为氨盐水饱和溶液，有结晶析出物。机械密封摩擦副为YG6-YG6材质(双相钢+硬质合金)，为防止介质结晶物影响弹簧补偿，采用弹簧不接触介质形式。采用均布小弹簧结构，使密封端面受力更均匀合理(弹簧材质为耐腐蚀性能强的哈C合金)。

泵轴材质为2Cr13，为避免泵轴腐蚀，通过密封圈的形式使泵轴和介质不接触。机械密封结构件均采用双相钢材质。

为避免机械密封安装受设备组装和维修人员操作误差影响，提高人工安装一次合格率，将机械密封设计为集装式结构。有效地提高了机械密封的使用寿命减少了安装、调试难度，允许安装时轴向位移±3 mm以内。

为改善密封腔润滑条件，将副叶轮去除，更换为间隔环，增多密封腔介质容量，减少了密封腔汽蚀现象的发生。这样可节省备件费用(目前副叶轮和隔板因结晶物存积造成磨损更换率较高)。若副叶轮仍然保留，将造成密封腔负压，介质容量减少，密封面热量不能由介质带走，密封面间润滑不良，易损坏机封，影响泵的效率，而且对隔板造成磨损较大。

从泵出口接管(公称通径8 mm高压橡胶软管)进入密封腔，提高密封腔压力。帮助密封腔内介质循环，避免结晶颗粒在密封腔内沉积。增强了密封面冷却效果，改善机械密封工作条件。但不利因素是泵长期停下来时，辅助的接管内的溶液在冬季容易结晶，而造成堵塞，再开泵时有可能影响机械密封，损坏密封面造成泄漏。因此实验表明只能适用于清洗热AⅠ和热AⅠ泵，该介质温度45 ℃左右不结晶。

集装式机械密封具有自定心结构，保证了机械密封压盖和轴套之间的安装精度。避免了安装精度受填料室精度的影响。

操作的具体要求：开、停泵后操作工必须检查机封外观及辅助液情况，运行中泵的振动较大时要及时停泵检修联轴器或轴承，避免长期振动运行影响机封的使用寿命。

安装步骤如下 ： 1)对泵体本身结构不做任何改动； 2)将填料腔外端面的2个压盖螺栓孔作为机封安装螺栓，保证机械密封安装时压盖受力均匀； 3)在填料腔和机封增加一层垫片，确保其密封性； 4)从机械密封内冲洗口接一根公称通径 8 mm管子接入泵出口球阀上进行控制。 整个安装过程完成。

图1 改造示意图

3 改造效果，节约费用

通过在结晶清洗热AⅠ泵上安装实验，连续运转使用寿命在四个月以上(应能保证半年的使用周期)。

改善了现场操作环境，减少维修工作量，降低了维修轴承、轴套、副叶轮、隔板的备件费用，保证了设备长周期稳定、安全运行。

备件费用计算：机械密封组件11 500元/套；填料80元/套、隔板9 000元/套、副叶轮8 000元/套；

填料泄漏母液计算：1.5 m2/台天， 每立方母液成分：NaCl 97 kg;NH3243 kg；盐0.2元/kg。氨按2元/kg，得：母液 505元 /m2。

节约费用计算(以150天计算)：(80+9 000+8 000+505×1.5×150)-11 500=119 205元/台套

设备经过机械密封改造后，明显具备以下优点： 1)不需要冷却水，机械密封靠自身循环冷却，降低了操作工的操作强度，节约了冷却水，避免造成母液膨胀； 2)不再因填料老化而出现设备泄漏造成的故障，设备运行安全性得以提高； 3)泵日常保养周期大大延长，每半年做一次保养即可，检修工作量和难度大为减少； 4)不再因泄漏污染现场环境造成脏乱的现象。解决了环境异味的环保问题。同时，从经济效益上，设备轴封形式经过改造，能实现节能减排的目的，实现了企业受益，现场达标的双赢。

[1] 机械工业部通用机械研究所.GB5894-1986 机械密封名词术语[S].北京：中国标准出版社，1986

[2] 机械密封标准化技术委员会.JB/T4127.3-1999 机械密封产品验收技术条件[S].北京：机械工业出版社，1999

[3] 中国机械工业联合会.GB/T14211-93 机械密封实验方法[S].北京：中国标准出版社，1993

[4] 日本工业标准调查会.JIS B2405-93 机械密封通则[S]

TQ114.15

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1005-8370(2016)06-35-03

2016-08-01