脫水塔進(jìn)料泵機(jī)械密封密封形式優(yōu)化

喬豪杰，胡金平，宮 卿

(兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277527)

1 設(shè)備概況

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖

某公司醋酸工段脫水塔進(jìn)料泵為單極臥式懸臂離心泵，泵主要材料為Zr702/705C材料，泵軸材料為HB2合金。設(shè)備生產(chǎn)廠家為美國Flowserve，設(shè)備型號為SCE4×6×10L，額定流量96m3/h，最大流量123.5m3/h，揚程58m，泵入口壓力0.2MPa，出口壓力0.8MPa。

該泵設(shè)備結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

2 設(shè)備密封系統(tǒng)

P1403B脫水塔進(jìn)料泵機(jī)械密封為美國Flowserve公司生產(chǎn)的集裝式機(jī)械密封，機(jī)械密封為串聯(lián)雙端面密封。根據(jù)附件[1]中相關(guān)介紹，泵機(jī)械密封密封型式為API32+54，其密封液及沖洗液采用吸收醋酸進(jìn)料泵輸送的液體，其壓力為0.4～0.5MPa。密封形式見圖2、圖3。

圖2 API 32密封型式

圖3 API54密封型式

3 使用狀況

脫水塔進(jìn)料泵在使用過程中出現(xiàn)以下問題：

(1)因為醋酸介質(zhì)特性，在環(huán)境溫度低于16.6℃，容易結(jié)冰，因此做為密封液的醋酸通常都有伴熱輔助系統(tǒng)，保證密封液投運正常。脫水塔進(jìn)料泵采用的為集裝式機(jī)械密封，機(jī)封無伴熱，一旦密封液不流動形成死區(qū)，密封液極易在機(jī)械密封的密封腔內(nèi)結(jié)冰，造成機(jī)封泄露。

(2)機(jī)封內(nèi)側(cè)密封液密封型式為API32，通過調(diào)節(jié)閥門開度來調(diào)節(jié)機(jī)封沖洗液流量及壓力，不易操作。如果閥門開度過大，將造成沖洗液量過大，影響吸收醋酸進(jìn)料泵的運行性能，嚴(yán)重時造成吸收系統(tǒng)波動，甚至造成跑碘事故。

因為泵的密封系統(tǒng)不符合現(xiàn)有工況，導(dǎo)致脫水塔進(jìn)料泵運行狀況不穩(wěn)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行，因此需對泵的密封方式進(jìn)行優(yōu)化。

4 優(yōu)化方案

脫水塔進(jìn)料泵輸送介質(zhì)為醋酸、碘甲烷等醋酸液體，無固體顆粒物雜質(zhì)。介質(zhì)溫度為140～150℃。

為避免沖洗液量波動造成系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，同時為避免其他介質(zhì)對泵輸送液體造成污染，把密封方式由API32優(yōu)化為API11方式。即改為循環(huán)液從泵出口經(jīng)過流量控制孔板到達(dá)密封，沖洗液流進(jìn)密封腔中臨近密封面的地方，沖洗密封面后液流返回到泵中。API11密封形式見圖4。

圖4 API11密封方式

參照文獻(xiàn)[2]中介質(zhì)溫度對溫度場的影響及密封壓力對端面溫升的影響,其密封腔內(nèi)溫升約10℃，密封腔內(nèi)溫度約150-160℃。脫水塔進(jìn)料泵機(jī)械密封密封圈為Kalrez 6375UP材料全氟醚材質(zhì)，耐熱基準(zhǔn)值為275℃，能夠滿足現(xiàn)有工況。

機(jī)械密封外側(cè)彈簧座表面無驅(qū)動效環(huán)，動靜環(huán)密封面在運行過程中無泄漏，不會造成密封液流失，綜合考慮，外側(cè)機(jī)械密封密封方式依舊采用API54密封。

5 限流孔板制作

API11密封需加限流孔板，其內(nèi)部限流孔板內(nèi)徑d0按照文獻(xiàn)[3]《管路限流孔板的設(shè)置》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，按照下式計算：

(1)

式中：Q——工作狀態(tài)下體積流量;

C——孔板流量系數(shù)；

d0——孔板孔徑；

ΔP——通過孔板的壓降；

γ——工作狀態(tài)下的相對密度。

查詢附件[4]，沖洗液流量為7.9lpm，質(zhì)量流量為2.1gpm，γ為0.92239，液體粘度μ為0.184cp。

查詢文獻(xiàn)[5]，機(jī)械密封沖洗液壓力取0.45MPa，則孔板壓降為0.35MPa。

自回流管道選用1/2inch sch40s管道，查詢文獻(xiàn)[6]，其外徑為21.3，壁厚為2.77mm。

孔板流量系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)3得

圖5 限流孔板系數(shù)C與Re、d0/D關(guān)系圖

把值帶入4-1式，

經(jīng)計算得d0為3.37mm。為保證密封液流量及實際加工情況，擬加工孔板孔徑3.5mm。

3 使用效果

車間在2019年2月對泵集裝式機(jī)械密封沖洗密封方式進(jìn)行改造，在泵出口管線開孔，然后配管接至沖洗液管口。其配管線路圖按照圖6施工。

改造后，設(shè)備連續(xù)運行1年，脫水塔進(jìn)料泵運行穩(wěn)定，機(jī)械密封使用正常未出現(xiàn)泄漏。密封液運行正常，供給密封液的吸收醋酸進(jìn)料泵運行正常，未出現(xiàn)因吸收系統(tǒng)波動。

圖6 API11自沖洗配管示意圖