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(huán)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(huán)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(shè)計均采用填料密封。良好的填料密封，是“迷宮效應(yīng)”和“軸承效應(yīng)”的綜合作用。因軸套隨軸運(yùn)轉(zhuǎn)，會與填料持續(xù)摩擦而產(chǎn)生大量的熱量，故需外接冷卻水注入水封環(huán)內(nèi)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(huán)水泵正常運(yùn)行。

2.使用情況及存在問題

循環(huán)水泵介質(zhì)參數(shù)見表1。

表1

4臺循環(huán)水泵原設(shè)計的冷卻方式為：在泵殼頂部開孔將泵內(nèi)介質(zhì)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(zhì)及工況較好，這種冷卻方式也沒出現(xiàn)太大問題，但隨著水質(zhì)惡化(見表1)，介質(zhì)含酸量增大，雜質(zhì)增多，而且其本身溫度已經(jīng)較高，導(dǎo)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(yán)重。檢修工作量及備件消耗量均加大，而且泄漏帶來的環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重。為解決此問題，磷酸廠于2007年7月進(jìn)行了冷卻水系統(tǒng)改造：增加了密封水加壓泵，單獨配管至每臺循環(huán)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(zhuǎn)，但運(yùn)行一段時間后再次出現(xiàn)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(huán)水泵存在的問題，我們提出將其改為機(jī)械密封型式。

二、循環(huán)水泵的機(jī)械密封改造

1.機(jī)械密封的選型

雙端機(jī)封有兩對摩擦副，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需外供封液系統(tǒng)。而單端面機(jī)封只有一對摩擦副，結(jié)構(gòu)簡單，安裝及維護(hù)方便，故選用單端面機(jī)封。選用內(nèi)裝式機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。

為了確保密封效果，需計算機(jī)械密封載荷系數(shù)K

式中：d1——密封環(huán)帶的內(nèi)徑，測量值為110mm；

d2——密封環(huán)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(jī)械密封為平衡型密封，內(nèi)裝式密封軸上的臺階使密封端面沿徑向內(nèi)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(huán)有較大的面積暴露在液體中，因此，閉合力被平衡了相當(dāng)一部分，保證了密封效果。

從上可知，選取的機(jī)械密封為單端內(nèi)裝旋轉(zhuǎn)多彈簧式平衡型機(jī)械密封。

三、改造過程

經(jīng)與多家機(jī)械密封制造廠商進(jìn)行探討后，最終選定“艾志工業(yè)技術(shù)集團(tuán)”生產(chǎn)的“AIGI專利集裝式機(jī)封”，該機(jī)械密封結(jié)構(gòu)型式如圖1。

圖1

1.AIGI專利集裝式機(jī)封的特點

(1)集裝式結(jié)構(gòu)，使安裝簡單、可靠。

(2)平衡式結(jié)構(gòu)在壓力驟變時會減輕密封介質(zhì)壓力對密封端的影響。

(3)非熱鑲式的動、靜環(huán)結(jié)構(gòu)，杜絕了在溫度變化大以及有振動等特殊情況下，環(huán)面發(fā)生脫落或損傷的現(xiàn)。

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

(5)多個小彈簧結(jié)構(gòu)，且不與介質(zhì)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(shù)

最高溫度可達(dá)200℃；密封圓周線速度25m/s；最高壓力可達(dá)0.4MPa。

3.材質(zhì)選擇

由表1可知，泵介質(zhì)含酸量較高，且?guī)в衅渌腆w顆粒雜質(zhì)，因此對機(jī)械密封的材質(zhì)選取(表2)。

表2

4.可行性驗證

(1)端面比壓Pc。

經(jīng)計算Pc=Fc/A=0.42MPa

式中：Fc——密封凈閉合力；

A——密封環(huán)面積。

在允許范圍0.3～0.6內(nèi)，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(huán)水泵，運(yùn)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(jī)械密封直接安裝在原填料函上即可。完成改造后，連續(xù)運(yùn)行了4個月，未發(fā)生泄漏。后對另3臺循環(huán)水泵實施改造，并于2013年3月全部改造完畢。

四、效益分析

機(jī)械密封改造前后循環(huán)水泵的運(yùn)行參數(shù)見表3(以CJ01001A為例)。

表3

1.改造效果

機(jī)封改造后，實現(xiàn)了零泄漏。而且，泵的運(yùn)行效率得到大幅提升，由改造前的80.4%提升至90.5%。

2.經(jīng)濟(jì)效益

(1)通過電流對比可知，以1臺泵每年運(yùn)行330天計算，1年所降能耗為電機(jī)功率462 528kW，電能下降約7.3%，以每度電0.8元計算，1年節(jié)約成本可達(dá)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(jī)封改造后運(yùn)行至2013年3月，除了日常性維護(hù)檢查，未進(jìn)行備件更換。平均每臺機(jī)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(chǎn)生效益2 000元。

[1]云南省化工高級技工學(xué)校．磷酸生產(chǎn)工藝[M]．2009.

[2]陳偉．機(jī)泵選用[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[3]魏龍，馮秀．化工密封實用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.