离心泵密封技术及其冲洗冷却方案应用分析及建议

张庆雪

(催化剂齐鲁分公司设备工程部，山东 淄博 255300)

1 FCC催化剂生产主要离心泵密封技术及其冷却冲洗方案

中国石化催化剂齐鲁分公司是中国石油化工行业催化裂化催化剂(以下简称FCC催化剂)主要生产基地。FCC催化剂生产工艺主要是以Y型分子筛为活性组元，其制备分为NaY分子筛合成和改性两个过程，Y型分子筛再与基质黏结后喷雾干燥成型，经焙烧、过滤洗涤、气流干燥制备成为催化剂成品。

由于制备分子筛和催化剂所使用原材料性质不同，形态各异，同时在分子筛晶化、催化剂成胶等工序中还会形成流动性差、粘度大、腐蚀性强的胶体或浆液，这就需要各种规格型号和性能特点的泵类设备输送物料。目前，公司FCC催化剂生产过程中主要输送泵有离心泵、三柱塞高压泵、软管泵、单隔膜计量泵、磁力泵等，此文主要讨论的是在用离心泵的密封技术及其冷却冲洗方案在实际生产过程中存在的问题，对问题进行分析并提出改进建议。

依据主轴封类型进行分类，公司应用的离心泵主要类型有：

(1)动力密封泵。主要是CB系列砂浆泵，其采用的是K1型动力密封，带有冷却水接口。动力密封也可叫做副叶轮动力密封，就是在叶轮背后的密封腔里加装了一个副叶轮，随轴一起转，动，副叶轮产生的压力会将叶轮背面的压力抵消掉，从而不让液体流过来起到密封的作用，停泵时靠停车密封(一般是唇型密封圈)实现密封，因为停车时副叶轮动力密封不起作用。动力密封一般用在机械密封难以保证的场合，比如带颗粒、腐蚀性强的工况条件下。动力密封及冷却冲洗装置示意图见图1。

图1 动力密封及冷却冲洗装置示意图

(2)机械密封泵。在用机械密封泵型号系列较多，又可细分为内装式机封，外装式机封，双端面集装式密封等，绝大多数配套了冷却冲洗装置，少量未配置附属的冷却冲洗机构。机械密封是由一对或者数对动环与静环组成的平面摩擦副构成的密封装置，依靠弹性构件和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触表面，产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，密封端面之间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的，这层液膜具有流体动压力与静压力，起润滑和平衡压力的作用。机械密封特点是泄漏量小，寿命长，摩擦小，功耗低，可自动调整补偿，应用范围广，但其结构复杂，拆装较麻烦，成本较高。内装式机封和外装式机封示意图见图2、图3。

图2 内装式机封

图3 外装式机封

(3)填料密封泵。填料密封主要应用在清水泵上，使用正常泄漏的清水带走摩擦热并发挥一定润滑作用。密封填料是弹塑性体，当受到轴向压紧后，产生摩擦力致使压紧力沿轴向逐渐减少，同时所产生的径向压紧力使填料紧贴于轴表面而阻止介质外漏。填料密封泄漏较多，寿命短，磨损多，需手动调整压紧，功耗较大，应用范围窄，其优点是结构简单，容易安装，成本低廉。填料密封示意图见图4。

图4 填料密封示意图

(4)无主轴封泵。离心泵的无主轴封泵主要是磁力泵，磁力泵磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成，当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气隙和非磁性物质，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触同步传递，将容易泄露的动密封结构转化为零泄漏的静密封结构。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，从而彻底解决了“跑、冒、滴、漏”问题，且无需独立冷却冲洗装置，降低了水耗。

2 存在的主要问题及原因分析

(1)冷却水进入介质问题。FCC催化剂生产中部分原材料及物料不允许密封冷却水进入输送介质，但实际离心泵却存在冷却水进入介质问题。

1)K1型动力密封应用设计和使用前提就是允许冷却水进入介质的。动力密封在离心泵工作时，停车密封与轴套之间存在间隙，是负压状态，通入的冷却水正好通过轴套表面，冷却水会直接进入输送介质，从而对输送介质品质产生一定影响，甚至会影响产品质量。

2)现场使用的双端面集装式密封有专门的冷却水出入口，配套叶轮无副叶轮不形成负压，理论上不应该有冷却水进入介质，但是该集装式密封在接触介质一侧有一缺口，当通入冷却水时，经实际检验发现，事实上就形成了冷却水是一个进口，两个出口，部分冷却水依然会进入介质。

(2)冷却水高进低出问题。K1型动力密封泵冷却水接管大量存在冷却水高进低出问题，这样不能充分发挥有效的冷却润滑效果或者需要大量冷却水才能发挥良好的冷却效果。见图5。

(3)动力密封在实际应用中，有时密封寿命很短，为了延长密封寿命，公司技术人员和检修人员将动力密封停车密封部分改造为169-50型外装式机械密封，且改造数量较多。改造中，技术人员和检修人员付出了较多努力，169-50机械密封采用的标准化产品，密封盒、轴套、冷却冲洗装置，都是根据经验进行设计加工，改造之后，延长了密封寿命，但是外装式密封泄漏方向和冷却水甩出方向都是离心力方向，造成改造泵冷却水四溢，泵体下侧及底座水垢很多，为了防止冷却水四处飞溅，多采用胶板进行遮盖，很不美观。见图5、6。

图5 改造后动力密封

图6 用胶板遮盖的改造泵

(4)冷却冲洗方案不合理，浪费水源问题。当前催化剂齐鲁分公司需要冷却水的离心泵基本都是独立配置冷却水管线，采用的是新鲜工业水，部分输送溶液和和清液的离心泵本无需配置冷却水，却也配置了冷却水管线，在一定程度上造成了工业水的浪费。

(5)离心泵密封寿命较短问题。根据美国石油协会API682标准要求，机械密封寿命在有规律的泄漏条件最低为3年，而催化剂齐鲁分公司机械密封和动力密封等主要密封形式寿命都远远达不到此标准，密封寿命短是有很多客观原因的，密封的设计、制造、安装和使用都是重要影响因素，但延长密封寿命仍是应该认真研究并落实的工作。

3 应对方法和建议

针对上述方面问题，经过综合分析，作者建议从以下三个方面开展工作加以改进。

3.1 重视离心泵设计选型工作

在满足流量、扬程、材质的前提下，选择设计合理，质量可靠，贴合输送介质特性的的密封形式，综合考虑，动力密封合适，还是机械密封合适，机械密封是内装式，还是外装式，是单端面还是双端面，是单弹簧还是多弹簧，以及动静环材质，以及是否允许冷却水进入输送介质，只有经过详细的调研，审慎的选择密封形式，才能从源头上治理上述问题。

适宜的优质的机械密封在生产中寿命达到一年以上应当作为常规的目标寿命，也可以在满足使用条件的前提下推广使用只有静密封的磁力泵。选择适当的密封形式，可以杜绝冷却水进入输送介质影响产品质量问题，可以避免大量的密封改造工作以及改造引起的现场管理问题。

密封也要配套合理的冷却冲洗方案，在满足使用条件的前提下可以推广使用已经在用的WB2系列密封，不用外加冷却水；在满足使用条件下可以推广自身循环冷却冲洗结构，见图7，这样可以尽可能的减少工业水消耗。

图7 自身循环冷却冲洗结构

3.2 加强离心泵检修过程管理

图8 CB系列动力密封冷却水出入口

动力密封泵冷却水高进低出是会影响密封寿命的，CB系列动力密封正确的冷却水出入口见图8，检修人员应该确保冷却水管路向上溢流，对细节工作应引起足够重视。

机械密封的结构复杂，对安装人员水平要求更高。弹簧压紧必须适宜，密封端面不得有细小颗粒，各辅助静密封点也要确保密封可靠等等，提高检修人员专业素养，确保密封安装乃至设备安装的质量是延长离心泵密封寿命的重要一环。

3.3 加强离心泵使用过程管理

正确的操作和维护也是延长密封寿命的必要条件。有些设备开停车比较频繁，操作工应该严格按照设备操作规程进行操作，先盘车后开机，先开冷却水后开机，及时清理密封周围料垢等等，不按操作法进行操作对密封的损害都是不可逆的，一次违规操作也会严重影响密封寿命。

4 结束语

离心泵是FCC催化剂重要的生产设备单元，做好离心泵密封选型、安装、使用维护和检修，是确保离心泵现场管理规范，高效运行，节能降耗的重要基础工作，应当引起重视。