焦油加工系统沥青输送泵动力密封装置的国产化技术攻关

梁毅凌

（山西焦化集团有限公司，山西 洪洞 041606）

1 技术背景

山西焦化集团有限公司焦油加工厂焦油蒸馏装置引进法国IRH 公司技术，于2005 年9 月建成投产，焦油加工能力设计为30 万t/a（设计无水焦油加工负荷38 t/h）。

该装置引进美国ITT Vogel 沥青输送泵2 台，该设备是焦油蒸馏的主要设备，用途是将初馏单元汽提塔内的中温沥青（密度1 120 kg/m3，温度380 ℃～400 ℃），输送至改质沥青装置，该设备的运行直接影响焦油加工装置的安全稳定生产。

美国ITT Vogel 沥青输送泵为卧式离心泵，泵体采用蒸汽保温及冷却水夹套，密封形式采用填料成型环密封，该密封形式结构简单，维修难度不大且使用周期较长，相比较国内其它的机械密封结构(带循环液冷却泵站)，具有稳定性较强，维护成本较低的优势。

从装置投产之日起，该设备已连续运行14 年。2019 年检查发现该设备泵轴、叶轮、副叶轮、轴套磨损严重，致使填料密封泄漏频繁，日均更换填料密封1 次～3 次，系统稳定运行非常困难，同时，由于现场沥青泄漏严重，存在高温沥青烟气易着火的安全隐患。

由于美国ITT Vogel 沥青输送泵已停产，备件无法采购。经了解，目前ITT 工业集团的机械密封结构高质泵，一套机械密封费用约为15 万元，单台设备采购价格约为150 万元（包含易损件1 套），备件费用较高。

同时，经考察调研国内相关设备厂家及焦油加工生产单位，发现其高温沥青泵的使用效果均不佳（国内主要为带循环液冷却泵站的机械密封结构），机械密封检修也较为频繁。

为此，放弃采购ITT 工业集团的机械密封结构高质泵和国内高温沥青泵，开展了沥青输送泵动力密封技术攻关，本次研究的方向为泵体采用保温/冷却夹套，同时结合泵类设备动力密封思路进行研究实施。

2 详细技术内容

2.1 基本原理

动力密封由副叶轮、副叶片（又叫背叶片）、固定导叶和停车密封装置等组成。副叶片的作用是减低泵腔的压力，达到平衡轴向力和防止颗粒进入密封装置的目的。

2.2 零部件选材

原ITT 泵的主要零部件材质为德国牌号，口环、键、轴、轴套材质为1.4462，叶轮、副叶轮、泵盖、连接体等材质为1.4517。考虑到工艺工况，通过查找中外钢材牌号对比，部件材质采用成分与国外相近的材质。

2.3 实施范围

本次研究改造沥青输送泵为2 台，包含泵座、电机（电机采用佳木斯电机Y180M-4，22 kW，防爆等级ExdⅡBT4，防护等级IP55，50Hz）、主要传动易损件（包括泵轴、叶轮、轴套、一级副叶轮、连接段、二级副叶轮），电气控制系统利用原有变频控制系统。

3 主要创新点

在本次研究改造中，如第172 页图1 所示，将动力密封总成替换离心泵常规的机械密封总成。设备运转时，离心泵工作叶轮与起密封作用的副叶轮同轴旋转，工作叶轮泄漏出来的液体流到副叶轮后，通过副叶轮作用产生的压力，与泄漏液体的压力在副叶轮顶端与密封总成内端面处达到平衡，从而使泄漏液体起到密封作用。在停泵时，副叶轮动力密封不起作用，泵内液体压力较小，泄漏到副叶轮的液体通过成型环密封进行密封。

图1 动力密封示意图

4 实施效果

P212B 沥青输送泵于2020 年8 月8 日投入运行，截至2021 年6 月16 日连续运行7 465 h，设备各项运转指标均正常，满足焦油加工装置满负荷运行（现无水焦油加工负荷提高至39.5 t/h，比原设计加工量提高1.5 t/h）。沥青输送泵剖面简图，如图2所示。

图2 沥青输送泵剖面简图

5 解决的关键技术问题

将动力密封总成替换离心泵常规的机械密封总成，在停泵时，副叶轮动力密封不起作用，泵内液体压力较小，泄漏到副叶轮的液体通过停车密封进行密封。

6 经济效益分析

通过此次技术改造，有效降低了设备维修率及备件采购费用。原美国ITT Vogel 沥青输送泵（填料成型环密封）资产原值约为220 万元/台，每年易损部件费用需要约25 万元/台。

按照现有国产化沥青输送泵采购价格约为25 万元/台，每年易损部件费用约5 万元/台测算，在设备采购方面，节约资金195 万元/台，按照设备运行模式（一开一备），年可节约备件费用约20 万元。

同时，在稳定焦油加工负荷方面，焦油加工量比设计可提高1.5 t/h,每年可增加无水焦油加工量约12 600 t（排除年检修时间15 d 计算）。

7 社会效益分析

通过技术攻关，消除了现场沥青泄漏积存易燃的安全隐患，解决了沥青烟气的现场安全环保隐患，降低了操作工的劳动强度，优化了作业环境，有效保护了职工的人身安全，减少了职业病的发生。同时，提高了设备的长周期稳定运行，降低了设备维修频次。据统计，国产化前2019 年1～8 月份泄漏频繁时，每天更换填料密封达1～3 次，8 个月仅填料密封备件费用就达8 万元。

设备的国产化技术攻关，解决了困扰公司焦油加工装置安全稳定生产的技术瓶颈，满足生产工艺对该设备的迫切需求，节约了大量维修资金，带动焦油加工行业技术水平的提升。

8 推广应用情况及前景

国内在煤焦化工生产系统中，在进口设备及其零部件的使用方面，由于存在设备部件供货周期时间长、产品升级采购困难、采购价格高等诸多因素，给生产装置正常运转和成本管理带来了极大的影响。

本次新型动力密封高温沥青泵，相比较其它高温泵的优点在于采用动力密封，取消了复杂的机械密封+循环油站冷却系统，降低操作难度，延长泵的使用周期，动力密封泵的易损件较少，从而降低了设备的检修成本和运行成本。

该动力密封在高温沥青输送泵国产化技术研究的成功运用，为同类型的高温泵的选型提供技术支撑，尤其在国内相关煤化工装置的高温泵的应用方面，具有较强的推广应用价值。