脫水塔進料泵機械密封密封形式優化

喬豪杰，胡金平，宮 卿

(兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277527)

1 設備概況

圖1 設備結構簡圖

某公司醋酸工段脫水塔進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。設備生產廠家為美國Flowserve，設備型號為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。

該泵設備結構簡圖見圖1。

2 設備密封系統

P1403B脫水塔進料泵機械密封為美國Flowserve公司生產的集裝式機械密封，機械密封為串聯雙端面密封。根據附件[1]中相關介紹，泵機械密封密封型式為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

脫水塔進料泵在使用過程中出現以下問題：

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

(2)機封內側密封液密封型式為API32，通過調節閥門開度來調節機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，影響吸收醋酸進料泵的運行性能，嚴重時造成吸收系統波動，甚至造成跑碘事故。

因為泵的密封系統不符合現有工況，導致脫水塔進料泵運行狀況不穩，嚴重影響系統長周期穩定運行，因此需對泵的密封方式進行優化。

4 優化方案

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

為避免沖洗液量波動造成系統操作不穩定，同時為避免其他介質對泵輸送液體造成污染，把密封方式由API32優化為API11方式。即改為循環液從泵出口經過流量控制孔板到達密封，沖洗液流進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[2]中介質溫度對溫度場的影響及密封壓力對端面溫升的影響,其密封腔內溫升約10℃，密封腔內溫度約150-160℃。脫水塔進料泵機械密封密封圈為Kalrez 6375UP材料全氟醚材質，耐熱基準值為275℃，能夠滿足現有工況。

機械密封外側彈簧座表面無驅動效環，動靜環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，外側機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，其內部限流孔板內徑d0按照文獻[3]《管路限流孔板的設置》標準進行計算，按照下式計算：

(1)

式中：Q——工作狀態下體積流量;

C——孔板流量系數；

d0——孔板孔徑；

ΔP——通過孔板的壓降；

γ——工作狀態下的相對密度。

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

查詢文獻[5]，機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[6]，其外徑為21.3，壁厚為2.77mm。

孔板流量系數根據文獻3得

圖5 限流孔板系數C與Re、d0/D關系圖

把值帶入4-1式，

經計算得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月對泵集裝式機械密封沖洗密封方式進行改造，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，設備連續運行1年，脫水塔進料泵運行穩定，機械密封使用正常未出現泄漏。密封液運行正常，供給密封液的吸收醋酸進料泵運行正常，未出現因吸收系統波動。

圖6 API11自沖洗配管示意圖