乙烯裝置回收單元低壓凝液泵原采用雙端面機(jī)械密封, 密封使用壽命短, 封液泄漏嚴(yán)重。改造為干氣密封后徹底改變了該泵的運行狀況, 解決了泄漏問題, 減少了檢修費用。立式高速泵干氣密封的成功改造, 為同類立式高速泵軸封改造提供了參考。

　　高速泵在化工行業(yè)中應(yīng)用廣泛, 由于其轉(zhuǎn)速高、壓力高、密封腔尺寸小等特性, 制造比較困難, 目前國內(nèi)只有少數(shù)幾個廠家可以生產(chǎn)成熟的高速泵用機(jī)械密封, 而一旦遇到疑難泄漏問題, 可供用戶選擇余地很小。

　　中石化股份公司天津分公司聚乙烯裝置排放氣回收單元有2臺低壓凝液泵G-5213X/5218X, 為立式高速泵, 軸封形式采用雙端面機(jī)械密封。這2 臺泵自2002年10月投用以來, 機(jī)械密封頻繁發(fā)生泄漏, 經(jīng)常進(jìn)行檢修, 嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定運行。本文作者將聚乙烯裝置的2臺立式高速泵成功地改造為干氣密封, 為同類立式高速泵軸封改造提供了參考。

1、原雙端面機(jī)械密封存在的問題

圖1　原雙端面機(jī)械密封簡圖

　　原雙端面機(jī)械密封的簡圖如圖1所示, 其工作流程為: 封液罐底部經(jīng)冷卻后的封液沿動環(huán)旋轉(zhuǎn)切線方向進(jìn)入密封腔, 對密封副進(jìn)行沖洗, 然后返回封液罐上部。封液的循環(huán)靠熱虹吸作用實現(xiàn), 罐內(nèi)有盤管冷卻器。封液罐上部接有低壓氮氣管線, 罐內(nèi)壓力略高于泵內(nèi)密封腔的壓力, 使封液只能向泵內(nèi)泄漏, 而泵內(nèi)的危險介質(zhì)不能向外泄漏。同時, 封液也可能向泵大氣側(cè)泄漏。

　　該密封存在以下問題:

　　(1) 外側(cè)密封泄漏嚴(yán)重, 需經(jīng)常停泵補(bǔ)充封液。密封壽命短, 平均每兩個星期就需更換一次機(jī)械密封。曾先后使用過幾種機(jī)械密封產(chǎn)品, 也曾嘗試調(diào)整彈簧壓縮量、改為波紋管式密封、將楔型環(huán)改為O形環(huán)等手段, 均未能解決問題。

　　(2) 設(shè)計上存在隱患。

　�、僖蚍庖簤毫Ω哂诒脙�(nèi)壓力, 一旦內(nèi)側(cè)密封失效, 封液會漏入泵內(nèi), 液位下降, 而設(shè)計上封液罐無液位低報開關(guān), 若操作人員巡檢不及時, 會導(dǎo)致封液漏光, 導(dǎo)致密封面干摩擦, 造成事故。

　�、诜庖汗薜牡獨庾⑷牍芫�上無單向閥, 在泵入口閥關(guān)閉, 而出口單向閥關(guān)閉不嚴(yán)的情況下, 系統(tǒng)背壓會反串入泵內(nèi), 在密封腔內(nèi)形成高壓, 工藝介質(zhì)通過內(nèi)側(cè)密封串入封液罐, 進(jìn)而通過低壓氮氣管線串入其它系統(tǒng), 非常危險。實際運行中曾發(fā)生過這種情況。

2、干氣密封改造

　　經(jīng)與有關(guān)密封生產(chǎn)廠家探討后, 決定嘗試將原來的接觸式機(jī)械密封改造為非接觸式的干氣密封。經(jīng)計算, 此泵的密封面的線速度和密封壓力等參數(shù)完全可以滿足干氣密封的要求。

2.1、干氣密封工作原理

　　干氣密封是20世紀(jì)60年代末期從氣體動壓軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型非接觸式密封。該密封利用流體動力學(xué)原理, 通過在密封端面上開設(shè)動壓槽而實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。干氣密封最初是為解決高速離心壓縮機(jī)軸封問題而出現(xiàn)的, 由于密封非接觸運行, 因此密封摩擦副材料基本不受pv值的限制,特別適合作為高速、高壓設(shè)備的軸封。隨著干氣密封技術(shù)的日益成熟, 其應(yīng)用范圍也越來越寬廣, 目前,干氣密封正逐漸在離心泵及攪拌器上得到應(yīng)用�？傊�, 凡使用機(jī)械密封的場合均可采用干氣密封。干氣密封結(jié)構(gòu)與機(jī)械密封近似, 也由旋轉(zhuǎn)環(huán)、靜環(huán)、彈簧、密封圈以及彈簧座和軸套組成, 不同之處在于旋轉(zhuǎn)環(huán)密封面上加工出有特殊作用的流體動壓槽。

圖2　干氣密封端面動壓槽簡圖

　　如圖2所示, 干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時, 密封氣體被吸入動壓槽內(nèi),由外徑朝向中心, 徑分量朝著密封堰流動。由于密封堰的節(jié)流作用,進(jìn)入密封面的氣體被壓縮, 氣體壓力升高。在該壓力作用下, 密封面被推開, 流動的氣體在兩個密封面間形成一層很薄的氣膜, 并向內(nèi)側(cè)泄漏。氣膜的厚度約為3 μm, 且具有良好的剛性, 可以保證在發(fā)生工藝條件波動或機(jī)械干擾時, 仍能保持穩(wěn)定的氣膜, 保證密封面間的非接觸相對運動和穩(wěn)定的泄漏量。

與機(jī)械密封相比, 干氣密封具有如下優(yōu)點:

　　(1) 密封使用壽命長、運行穩(wěn)定可靠;

　　(2) 密封功率消耗小, 僅為接觸式機(jī)械密封的5%左右;

　　(3) 與其它非接觸式密封相比, 干氣密封氣體泄漏量小;

　　(4) 可實現(xiàn)介質(zhì)的零逸出, 是一種環(huán)保型密封;

　　(5) 密封輔助系統(tǒng)簡單、可靠, 使用中不需要維護(hù)。

干氣密封的不足之處是:

　　(1) 就近處需要有一定壓力的氣源, 氣源壓力要高于介質(zhì)壓力, 使現(xiàn)場應(yīng)用受到限制;

　　(2) 微量密封氣體(通常是氮氣) 會進(jìn)入工藝流程, 所選氣體應(yīng)對生產(chǎn)工藝無不利影響, 也使現(xiàn)場應(yīng)用受到限制;

　　(3) 在啟停瞬間未形成有效氣膜時密封面會發(fā)生干摩擦, 在需頻繁啟動的設(shè)備上應(yīng)用時使用壽命可能會縮短。

2.2、改造方案

　　將原雙端面機(jī)械密封改造為雙端面干氣密封, 干氣密封結(jié)構(gòu)與原雙端面機(jī)械密封近似, 不需改動原密封腔。主密封氣利用原來的封液罐上的精制氮氣, 原封液罐作為緩沖罐(也可不設(shè)) 。在現(xiàn)場新安裝由過濾器、流量計等組成的控制盤, 連接管線作少量改動。

　　干氣密封系統(tǒng)簡圖如圖3所示, 其工作流程為:壓力為0.7 MPa的密封氣(精制氮氣) 經(jīng)過緩沖罐,再經(jīng)過濾減壓閥減壓至0.6 MPa, 再通過流量計和單向閥進(jìn)入密封腔, 一小部分密封氣通過內(nèi)側(cè)密封泄漏入泵內(nèi), 另有一部分密封氣通過外側(cè)密封泄漏入大氣中。

圖3　干氣密封系統(tǒng)簡圖

3、改造效果分析

　　2004年12月對G-5213X實施了改造, 改造后一次試車成功, 密封氣泄漏量為0.4 m3 /h左右。隨對另一臺高速泵G-5218X也進(jìn)行了改造, 同樣一次試車成功。2臺泵至今已連續(xù)運轉(zhuǎn)8個月未發(fā)生過軸封泄漏問題, 消除了隱患。

　　低壓凝液泵干氣密封改造的成功, 解決了長期困擾該泵的軸封泄漏問題, 不但穩(wěn)定了生產(chǎn), 也為企業(yè)帶來了很大的經(jīng)濟(jì)效益。改造前, 按每2個星期更換一次機(jī)械密封、每套機(jī)封3 000元計算, 每年的檢修備件費為3 000 ×27 = 81 000 元, 干氣密封每套約1萬元, 壽命一般為3年, 折合每年3 300元, 此次改造成功每年可節(jié)約備件費用7 萬多元, 經(jīng)濟(jì)效益明顯。據(jù)了解, 此次改造為全國首例應(yīng)用于立式高速泵的干氣密封改造, 此次改造的成功, 對同類立式高速泵軸封的改造具有一定的參考價值。