30萬噸/年聚丙烯軸流泵機械密封的國產(chǎn)化改進

位志興（大慶煉化公司聚丙烯廠，黑龍江 大慶 163411）

軸流泵是聚丙烯裝置重點關(guān)鍵設(shè)備之一，其正常穩(wěn)定的工作對整個裝置來說極其重要。而軸流泵機械密封又是軸流泵的心臟部件，若其損壞勢必造成裝置停車。所以，軸流泵機械密封的穩(wěn)定運行，是聚丙烯裝置生產(chǎn)的基本保障。

1 原P200軸流泵機械密封結(jié)構(gòu)分析

1.1 P200泵簡介

大慶煉化公司的P200軸流泵由ENSIVAL-MORTE公司設(shè)計制造(參數(shù)如表1)。

表1 軸流泵參數(shù)表

1.2 原密封結(jié)構(gòu)特點與使用情況:

1.2.1 P200軸流泵原進口密封采用雙端面機械密封結(jié)構(gòu)，要求密封液壓力必須高于介質(zhì)壓力，其沖洗方案采用PLAN32+53C。

1.2.2 大氣側(cè)采用硬質(zhì)合金和浸銻石墨的摩擦副配對，承受3.8MPa的高壓；

1.2.3 原密封的大氣側(cè)密封在高壓、發(fā)熱的工況下使用時，泄漏量達到30-40mL/h，過大的泄漏量造成密封失效，使用壽命更不到一年，嚴重影響軸流泵的正常工作。

2 P200軸流泵機械密封國產(chǎn)化改進:

2.1 原密封存在的問題分析:

密封環(huán)在工藝介質(zhì)壓力作用下以及端面摩擦熱、攪拌熱的作用下，破壞了端面摩擦副密封面的平面度和兩端面的平行性，產(chǎn)生各種流體靜、動壓效應，使密封面承載能力過大而被打開，或承載能力過小而嚴重磨損，造成密封失效。

2.2 國產(chǎn)化過程

2.2.1 原大氣側(cè)靜環(huán)由固裝結(jié)構(gòu)改為浮裝結(jié)構(gòu)，浮裝結(jié)構(gòu)靜環(huán)與固裝結(jié)構(gòu)靜環(huán)相比，具有更能消除外界的不垂直度等干擾因素，能與動環(huán)緊密配合，具有更好的浮動性和追隨性。

2.2.2 大氣側(cè)動環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。大氣側(cè)動環(huán)工作在高壓和較高溫度的工況條件下，溫度與力的作用都將造成密封環(huán)變形，其變形是非常復雜的。

2.2.2.1 密封環(huán)變形的理論分析

為了改善機械密封的性能，盡可能保持密封面平直，因此對機械密封摩擦副環(huán)的變形有個充分的估計或計算，是減少泄漏量和延長壽命可采取有利的措施。

2.2.2.2 利用ANSYS有限元分析軟件進行計算

在進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化時，采用了有限元計算方法，問題的求解分兩部進行:首先建立密封環(huán)的熱傳導模型并進行傳熱分析，以獲得密封環(huán)溫度分布；其次建立密封動靜環(huán)的受力分析模型，依據(jù)傳熱分析獲得的溫度分布及密封環(huán)受力和約束邊界條件計算密封環(huán)的變形。由于石墨環(huán)的彈性模量小，為2.1×104MPa不到靜環(huán)SIC彈性模量的1/10。因此，摩擦副的優(yōu)化主要針對石墨環(huán)。

結(jié)構(gòu)優(yōu)化以動環(huán)端面軸向變形最小為優(yōu)化目標，對密封反復優(yōu)化后，我們對P200軸流泵機械密封大氣側(cè)做出了結(jié)構(gòu)改進。

3 試驗驗證與工業(yè)運行結(jié)果

國產(chǎn)化后軸流泵機械密封嚴格按照API682標準做100小時認定試驗。密封泄漏量小于1mL/h，端面磨損量小于0.2微米，完全符合API682標準對機械密封的性能要求。

201 1 年現(xiàn)場安裝運行后，國產(chǎn)化軸流泵機械密封性各項運行參數(shù)滿足設(shè)計要求。證明了計算優(yōu)化結(jié)果和現(xiàn)場運行相吻合，密封具有穩(wěn)定的性能和長周期運行壽命。

4 結(jié)語

利用ANSYS有限元分析軟件對密封環(huán)的熱變形和力變形進行計算，可以準確得到密封環(huán)變形數(shù)據(jù)，為密封結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化提供重要依據(jù)，充分保證密封具有最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。

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