結(jié)晶熱AⅠ離心泵機(jī)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)

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結(jié)晶熱AⅠ離心泵機(jī)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)

針對設(shè)備泄漏對生產(chǎn)、環(huán)境造成的影響進(jìn)行分析，就結(jié)晶離心泵運(yùn)行現(xiàn)狀，利用天津市雙環(huán)機(jī)械密封公司的技術(shù)優(yōu)勢，將填料密封進(jìn)行改造為彈簧式集裝機(jī)械密封。在分析密封泄漏原因的基礎(chǔ)上，改造彈簧、動靜環(huán)與軸套的動密封圈，大大減少了泄漏的幾率。

離心泵；機(jī)械密封；腐蝕；振動；改造

熱AⅠ離心泵(型號：IJ250-200-450D/F2；制造廠：中國杭州堿泵有限公司；介質(zhì)：氨鹽水飽和溶液(強(qiáng)腐蝕性)；進(jìn)口壓力為常壓，密封形式為動力密封，副葉輪+填料密封。)是聯(lián)堿工藝生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。泵運(yùn)行中停備時，填料密封處泄漏嚴(yán)重，造成竄液，軸承經(jīng)常損壞。停機(jī)狀態(tài)時填料密封泄漏更為嚴(yán)重，造成母液外漏，泵房區(qū)域氨氣含量超標(biāo)。因填料泄漏使泵運(yùn)轉(zhuǎn)時振動較大，填料壓蓋因振動經(jīng)常松開。同時也降低了泵效率，造成泵的運(yùn)轉(zhuǎn)壽命縮短，平均更換填料時間為半個月，更換填料軸套和副葉輪時間為三個月。對設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和生產(chǎn)環(huán)境造成很大的影響。

為了徹底解決這一問題，筆者與合作外協(xié)單位一起對原泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，由雙環(huán)機(jī)械密封公司重新設(shè)計集裝機(jī)械密封，改造后達(dá)到生產(chǎn)的要求，解決填料密封長期泄露的問題。

1 原因分析

自開工以來，經(jīng)過幾年的運(yùn)行，軸套的磨損現(xiàn)象日益嚴(yán)重，壓蓋處的泄漏現(xiàn)象也越來越明顯。氨母液四處噴濺影響了泵現(xiàn)場環(huán)境；老化的填料盤根造成能耗上升，泵運(yùn)行震動增大等隱患。與我公司設(shè)備見本色工作相違背，所以對泵的軸封進(jìn)行改造刻不容緩。將填料密封更換成機(jī)械密封。計劃通過改造，杜絕氨母液四處噴濺問題，改善設(shè)備現(xiàn)場操作環(huán)境以及減少檢修的工作量，提高生產(chǎn)效率，一定程度節(jié)約能源， 提高設(shè)備運(yùn)行安全可靠性。

此類泵是IJ端吸式離心泵，主要零部件有泵體、泵蓋、葉輪、軸、隔板、副葉輪、軸套、 聯(lián)軸器等組成。

主要性能參數(shù)：

介質(zhì) (NH4)2CO3、Na2CO3

流量 600 m3/h

揚(yáng)程 55 m

溫度 40～50 ℃

比重 1.19

轉(zhuǎn)速 1 490 r/min

結(jié)晶物 2%～4%

由于密封形式采用填料密封+副葉輪結(jié)構(gòu)，泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中由于副葉輪離心力作用，填料密封腔為負(fù)壓，泄露量較小。也就是副葉輪為填料室降壓服務(wù)，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時空氣向泵內(nèi)泄露。同時由于密封腔副葉輪離心力作用，造成填料密封處有氣體進(jìn)入泵內(nèi)，引起泵振動超標(biāo)，填料軸套磨損嚴(yán)重，軸承使用壽命大大降低。但停泵狀態(tài)下，填料不佳時，介質(zhì)泄漏量比較大。使生產(chǎn)環(huán)境氨的氣體濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

2 改造方案

將填料密封+副葉輪結(jié)構(gòu)改造為機(jī)械密封可以將泄露量減小至微滲漏或無泄露。JB/T4127.3-1999中規(guī)定：軸外徑>50 mm，每小時泄漏量不超過5 mL。

根據(jù)軸套和盤根室尺寸及壓蓋螺栓孔中心距確定機(jī)械密封的外形尺寸。

泵輸送介質(zhì)為氨鹽水飽和溶液，有結(jié)晶析出物。機(jī)械密封摩擦副為YG6-YG6材質(zhì)(雙相鋼+硬質(zhì)合金)，為防止介質(zhì)結(jié)晶物影響彈簧補(bǔ)償，采用彈簧不接觸介質(zhì)形式。采用均布小彈簧結(jié)構(gòu)，使密封端面受力更均勻合理(彈簧材質(zhì)為耐腐蝕性能強(qiáng)的哈C合金)。

泵軸材質(zhì)為2Cr13，為避免泵軸腐蝕，通過密封圈的形式使泵軸和介質(zhì)不接觸。機(jī)械密封結(jié)構(gòu)件均采用雙相鋼材質(zhì)。

為避免機(jī)械密封安裝受設(shè)備組裝和維修人員操作誤差影響，提高人工安裝一次合格率，將機(jī)械密封設(shè)計為集裝式結(jié)構(gòu)。有效地提高了機(jī)械密封的使用壽命減少了安裝、調(diào)試難度，允許安裝時軸向位移±3 mm以內(nèi)。

為改善密封腔潤滑條件，將副葉輪去除，更換為間隔環(huán)，增多密封腔介質(zhì)容量，減少了密封腔汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生。這樣可節(jié)省備件費(fèi)用(目前副葉輪和隔板因結(jié)晶物存積造成磨損更換率較高)。若副葉輪仍然保留，將造成密封腔負(fù)壓，介質(zhì)容量減少，密封面熱量不能由介質(zhì)帶走，密封面間潤滑不良，易損壞機(jī)封，影響泵的效率，而且對隔板造成磨損較大。

從泵出口接管(公稱通徑8 mm高壓橡膠軟管)進(jìn)入密封腔，提高密封腔壓力。幫助密封腔內(nèi)介質(zhì)循環(huán)，避免結(jié)晶顆粒在密封腔內(nèi)沉積。增強(qiáng)了密封面冷卻效果，改善機(jī)械密封工作條件。但不利因素是泵長期停下來時，輔助的接管內(nèi)的溶液在冬季容易結(jié)晶，而造成堵塞，再開泵時有可能影響機(jī)械密封，損壞密封面造成泄漏。因此實驗表明只能適用于清洗熱AⅠ和熱AⅠ泵，該介質(zhì)溫度45 ℃左右不結(jié)晶。

集裝式機(jī)械密封具有自定心結(jié)構(gòu)，保證了機(jī)械密封壓蓋和軸套之間的安裝精度。避免了安裝精度受填料室精度的影響。

操作的具體要求：開、停泵后操作工必須檢查機(jī)封外觀及輔助液情況，運(yùn)行中泵的振動較大時要及時停泵檢修聯(lián)軸器或軸承，避免長期振動運(yùn)行影響機(jī)封的使用壽命。

安裝步驟如下 ： 1)對泵體本身結(jié)構(gòu)不做任何改動； 2)將填料腔外端面的2個壓蓋螺栓孔作為機(jī)封安裝螺栓，保證機(jī)械密封安裝時壓蓋受力均勻； 3)在填料腔和機(jī)封增加一層墊片，確保其密封性； 4)從機(jī)械密封內(nèi)沖洗口接一根公稱通徑 8 mm管子接入泵出口球閥上進(jìn)行控制。 整個安裝過程完成。

圖1 改造示意圖

3 改造效果，節(jié)約費(fèi)用

通過在結(jié)晶清洗熱AⅠ泵上安裝實驗，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使用壽命在四個月以上(應(yīng)能保證半年的使用周期)。

改善了現(xiàn)場操作環(huán)境，減少維修工作量，降低了維修軸承、軸套、副葉輪、隔板的備件費(fèi)用，保證了設(shè)備長周期穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

備件費(fèi)用計算：機(jī)械密封組件11 500元/套；填料80元/套、隔板9 000元/套、副葉輪8 000元/套；

填料泄漏母液計算：1.5 m2/臺天， 每立方母液成分：NaCl 97 kg;NH3243 kg；鹽0.2元/kg。氨按2元/kg，得：母液 505元 /m2。

節(jié)約費(fèi)用計算(以150天計算)：(80+9 000+8 000+505×1.5×150)-11 500=119 205元/臺套

設(shè)備經(jīng)過機(jī)械密封改造后，明顯具備以下優(yōu)點： 1)不需要冷卻水，機(jī)械密封靠自身循環(huán)冷卻，降低了操作工的操作強(qiáng)度，節(jié)約了冷卻水，避免造成母液膨脹； 2)不再因填料老化而出現(xiàn)設(shè)備泄漏造成的故障，設(shè)備運(yùn)行安全性得以提高； 3)泵日常保養(yǎng)周期大大延長，每半年做一次保養(yǎng)即可，檢修工作量和難度大為減少； 4)不再因泄漏污染現(xiàn)場環(huán)境造成臟亂的現(xiàn)象。解決了環(huán)境異味的環(huán)保問題。同時，從經(jīng)濟(jì)效益上，設(shè)備軸封形式經(jīng)過改造，能實現(xiàn)節(jié)能減排的目的，實現(xiàn)了企業(yè)受益，現(xiàn)場達(dá)標(biāo)的雙贏。

[1] 機(jī)械工業(yè)部通用機(jī)械研究所.GB5894-1986 機(jī)械密封名詞術(shù)語[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1986

[2] 機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.JB/T4127.3-1999 機(jī)械密封產(chǎn)品驗收技術(shù)條件[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999

[3] 中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會.GB/T14211-93 機(jī)械密封實驗方法[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1993

[4] 日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查會.JIS B2405-93 機(jī)械密封通則[S]

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