30萬噸/年聚丙烯軸流泵機械密封的國產化改進

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鍵設備之一，其正常穩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定運行，是聚丙烯裝置生產的基本保障。

1 原P200軸流泵機械密封結構分析

1.1 P200泵簡介

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

表1 軸流泵參數表

1.2 原密封結構特點與使用情況:

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

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

1.2.3 原密封的大氣側密封在高壓、發熱的工況下使用時，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化改進:

2.1 原密封存在的問題分析:

密封環在工藝介質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 國產化過程

2.2.1 原大氣側靜環由固裝結構改為浮裝結構，浮裝結構靜環與固裝結構靜環相比，具有更能消除外界的不垂直度等干擾因素，能與動環緊密配合，具有更好的浮動性和追隨性。

2.2.2 大氣側動環結構參數的優化設計。大氣側動環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變形，其變形是非常復雜的。

2.2.2.1 密封環變形的理論分析

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

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

結構優化以動環端面軸向變形最小為優化目標，對密封反復優化后，我們對P200軸流泵機械密封大氣側做出了結構改進。

3 試驗驗證與工業運行結果

國產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 年現場安裝運行后，國產化軸流泵機械密封性各項運行參數滿足設計要求。證明了計算優化結果和現場運行相吻合，密封具有穩定的性能和長周期運行壽命。

4 結語

利用ANSYS有限元分析軟件對密封環的熱變形和力變形進行計算，可以準確得到密封環變形數據，為密封結構參數的優化提供重要依據，充分保證密封具有最優化的結構。

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