乔豪杰,胡金平,宫 卿
(兖矿鲁南化工有限公司,山东 滕州 277527)
图1 设备结构简图
某公司醋酸工段脱水塔进料泵为单极卧式悬臂离心泵,泵主要材料为Zr702/705C材料,泵轴材料为HB2合金。设备生产厂家为美国Flowserve,设备型号为SCE4×6×10L,额定流量96m3/h,最大流量123.5m3/h,扬程58m,泵入口压力0.2MPa,出口压力0.8MPa。
该泵设备结构简图见图1。
P1403B脱水塔进料泵机械密封为美国Flowserve公司生产的集装式机械密封,机械密封为串联双端面密封。根据附件[1]中相关介绍,泵机械密封密封型式为API32+54,其密封液及冲洗液采用吸收醋酸进料泵输送的液体,其压力为0.4~0.5MPa。密封形式见图2、图3。
图2 API 32密封型式
图3 API54密封型式
脱水塔进料泵在使用过程中出现以下问题:
(1)因为醋酸介质特性,在环境温度低于16.6℃,容易结冰,因此做为密封液的醋酸通常都有伴热辅助系统,保证密封液投运正常。脱水塔进料泵采用的为集装式机械密封,机封无伴热,一旦密封液不流动形成死区,密封液极易在机械密封的密封腔内结冰,造成机封泄露。
(2)机封内侧密封液密封型式为API32,通过调节阀门开度来调节机封冲洗液流量及压力,不易操作。如果阀门开度过大,将造成冲洗液量过大,影响吸收醋酸进料泵的运行性能,严重时造成吸收系统波动,甚至造成跑碘事故。
因为泵的密封系统不符合现有工况,导致脱水塔进料泵运行状况不稳,严重影响系统长周期稳定运行,因此需对泵的密封方式进行优化。
脱水塔进料泵输送介质为醋酸、碘甲烷等醋酸液体,无固体颗粒物杂质。介质温度为140~150℃。
为避免冲洗液量波动造成系统操作不稳定,同时为避免其他介质对泵输送液体造成污染,把密封方式由API32优化为API11方式。即改为循环液从泵出口经过流量控制孔板到达密封,冲洗液流进密封腔中临近密封面的地方,冲洗密封面后液流返回到泵中。API11密封形式见图4。
图4 API11密封方式
参照文献[2]中介质温度对温度场的影响及密封压力对端面温升的影响,其密封腔内温升约10℃,密封腔内温度约150-160℃。脱水塔进料泵机械密封密封圈为Kalrez 6375UP材料全氟醚材质,耐热基准值为275℃,能够满足现有工况。
机械密封外侧弹簧座表面无驱动效环,动静环密封面在运行过程中无泄漏,不会造成密封液流失,综合考虑,外侧机械密封密封方式依旧采用API54密封。
API11密封需加限流孔板,其内部限流孔板内径d0按照文献[3]《管路限流孔板的设置》标准进行计算,按照下式计算:
(1)
式中:Q——工作状态下体积流量;
C——孔板流量系数;
d0——孔板孔径;
ΔP——通过孔板的压降;
γ——工作状态下的相对密度。
查询附件[4],冲洗液流量为7.9lpm,质量流量为2.1gpm,γ为0.92239,液体粘度μ为0.184cp。
查询文献[5],机械密封冲洗液压力取0.45MPa,则孔板压降为0.35MPa。
自回流管道选用1/2inch sch40s管道,查询文献[6],其外径为21.3,壁厚为2.77mm。
孔板流量系数根据文献3得
图5 限流孔板系数C与Re、d0/D关系图
把值带入4-1式,
经计算得d0为3.37mm。为保证密封液流量及实际加工情况,拟加工孔板孔径3.5mm。
车间在2019年2月对泵集装式机械密封冲洗密封方式进行改造,在泵出口管线开孔,然后配管接至冲洗液管口。其配管线路图按照图6施工。
改造后,设备连续运行1年,脱水塔进料泵运行稳定,机械密封使用正常未出现泄漏。密封液运行正常,供给密封液的吸收醋酸进料泵运行正常,未出现因吸收系统波动。
图6 API11自冲洗配管示意图