水泵機封的改造

張云川

(云南天安化工有限公司磷酸廠，云南 安 寧 6 50309)

一、填料式循環水泵的使用情況及存在問題

1.概述

天安化工磷酸廠一期30萬t/年濕法磷酸裝置4臺循環水泵采用的是單級雙吸水平中開蝸殼式離心泵，于2005年2月投入使用。4臺泵原設計均采用填料密封。良好的填料密封，是“迷宮效應”和“軸承效應”的綜合作用。因軸套隨軸運轉，會與填料持續摩擦而產生大量的熱量，故需外接冷卻水注入水封環內讓填料冷卻，冷卻水壓力還可以幫助填料起到更好的密封效果，從而讓循環水泵正常運行。

2.使用情況及存在問題

循環水泵介質參數見表1。

表1

4臺循環水泵原設計的冷卻方式為：在泵殼頂部開孔將泵內介質引出，再分別注入兩端填料函之中用做填料冷卻水。

水泵投入使用初期，水質及工況較好，這種冷卻方式也沒出現太大問題，但隨著水質惡化(見表1)，介質含酸量增大，雜質增多，而且其本身溫度已經較高，導致填料頻繁損壞泄漏，外泄漏較大腐蝕軸承及軸承座，軸套磨損嚴重。檢修工作量及備件消耗量均加大，而且泄漏帶來的環境污染相當嚴重。為解決此問題，磷酸廠于2007年7月進行了冷卻水系統改造：增加了密封水加壓泵，單獨配管至每臺循環水泵的填料函，并且引入了清潔工藝用水做填料的冷卻。

改造初期情況有所好轉，但運行一段時間后再次出現頻繁泄漏，擰緊壓蓋螺栓、更換填料均不能解決問題。

為徹底解決循環水泵存在的問題，我們提出將其改為機械密封型式。

二、循環水泵的機械密封改造

1.機械密封的選型

雙端機封有兩對摩擦副，結構復雜，需外供封液系統。而單端面機封只有一對摩擦副，結構簡單，安裝及維護方便，故選用單端面機封。選用內裝式機械密封，便于改造且密封性好。彈簧選取多彈簧式，使用于高速運轉。

為了確保密封效果，需計算機械密封載荷系數K

式中：d1——密封環帶的內徑，測量值為110mm；

d2——密封環帶的外徑，測量值為145mm；

db——密封的平衡直徑，測量值為125mm。

上式K=0.61＜1。K＜1的機械密封為平衡型密封，內裝式密封軸上的臺階使密封端面沿徑向內移時并不減少密封面的寬度。密封的開啟力不變，但由于動環有較大的面積暴露在液體中，因此，閉合力被平衡了相當一部分，保證了密封效果。

從上可知，選取的機械密封為單端內裝旋轉多彈簧式平衡型機械密封。

三、改造過程

經與多家機械密封制造廠商進行探討后，最終選定“艾志工業技術集團”生產的“AIGI專利集裝式機封”，該機械密封結構型式如圖1。

圖1

1.AIGI專利集裝式機封的特點

(1)集裝式結構，使安裝簡單、可靠。

(2)平衡式結構在壓力驟變時會減輕密封介質壓力對密封端的影響。

(3)非熱鑲式的動、靜環結構，杜絕了在溫度變化大以及有振動等特殊情況下，環面發生脫落或損傷的現。

(4)定位裝置可避免人為安裝產生的誤差，保證機械密封精確的端面比壓與可靠性，有效保證機械密封的長周期運行。

(5)多個小彈簧結構，且不與介質接觸。

(6)專利的定位以及合理的端面比壓，確保了密封的壽命與低排放要求。

2.性能參數

最高溫度可達200℃；密封圓周線速度25m/s；最高壓力可達0.4MPa。

3.材質選擇

由表1可知，泵介質含酸量較高，且帶有其它固體顆粒雜質，因此對機械密封的材質選取(表2)。

表2

4.可行性驗證

(1)端面比壓Pc。

經計算Pc=Fc/A=0.42MPa

式中：Fc——密封凈閉合力；

A——密封環面積。

在允許范圍0.3～0.6內，可行。

(2)PcV值。

PcV=0.42×25=10.5＜[PcV]，可行。

式中：Pc——端面比壓；

V——密封端面平均線速度；

[PcV]——許用值＜14.5。

5.改造實施

我廠4臺循環水泵，運行方式為3開1備。于2012年9月先對備用泵CJ01001A實施改造。將原來的填料取出，取消密封壓蓋，將機械密封直接安裝在原填料函上即可。完成改造后，連續運行了4個月，未發生泄漏。后對另3臺循環水泵實施改造，并于2013年3月全部改造完畢。

四、效益分析

機械密封改造前后循環水泵的運行參數見表3(以CJ01001A為例)。

表3

1.改造效果

機封改造后，實現了零泄漏。而且，泵的運行效率得到大幅提升，由改造前的80.4%提升至90.5%。

2.經濟效益

(1)通過電流對比可知，以1臺泵每年運行330天計算，1年所降能耗為電機功率462 528kW，電能下降約7.3%，以每度電0.8元計算，1年節約成本可達3.7萬元。

(2)2012年5月至9月期間，泵檢修8次，平均每臺備件費用為4.1萬元。2012年9月完成機封改造后運行至2013年3月，除了日常性維護檢查，未進行備件更換。平均每臺機封改造費用為3.9萬元，5個月時間即回收投資成本，并且產生效益2 000元。

[1]云南省化工高級技工學校．磷酸生產工藝[M]．2009.

[2]陳偉．機泵選用[M]．北京：化學工業出版社，2008.

[3]魏龍，馮秀．化工密封實用技術[M]．北京：化學工業出版社，2010.