催化劑噴霧往復式高壓泵密封系的技術改進

楊宏濤

(中國石化催化劑有限公司齊魯分公司，山東 淄博 255300)

臥式三柱塞往復式高壓泵(以下簡稱高壓泵)在FCC催化劑制備中用于催化劑裝置的高壓噴霧干燥工序，其主要作用是將催化劑膠體輸送到干燥塔頂進行高壓噴霧并干燥成型。高壓泵在催化劑生產應用過程中有著流量壓力平穩、維修容易、易損件容易加工、出口壓力高等優點。

隨著催化劑膠體的固含量的不斷提高，高壓泵噴霧壓力也在不斷提高，導致高壓泵在運行過程中柱塞填料密封頻繁泄漏，浪費物料，降低產品收率，污染生產環境。針對高壓泵柱塞填料密封問題進行了原因分析和技術改進。

1 高壓泵工作原理

高壓泵是利用柱塞交替進行吸入和排出來達到輸送催化劑膠體的目的。當柱塞從最左位置向右運動時，排出閥關閉，工作腔容積擴大，物料在吸入壓力作用下，頂開進液閥，直到柱塞運動到右側極限位置。反之柱塞從右向左運動，利用工作腔內壓力，將進液閥關閉，隨著柱塞向左推移，物料在柱塞的作用下將排液閥頂開，液體通過排出管排出，直到柱塞運動到左側極限位置，如此周而復始持續運行。高壓泵工作原理見圖1。

注：1.排出管;2.排液閥;3.進液閥;4.進口管;5.工作腔;6.柱塞;7.柱塞桿;8.十字頭;9.連桿;10.曲軸

2 高壓泵柱塞填料密封系技術改進

高壓泵柱塞填料密封泄漏的途徑主要包括催化劑膠體通過填料本身的縫隙泄漏、通過填料與填料函內壁之間的縫隙泄漏、通過填料與柱塞之間的縫隙泄漏。

高壓泵柱塞填料密封泄漏的主要原因是柱塞磨損和填料失效。經過分析，造成柱塞磨損和填料失效的主要原因是：(1)物料腐蝕；(2)物理磨損；(3)填料壓蓋預緊力不合適；(4)高壓泵運行中維護不當。針對以上問題進行了技術改進。

2.1 高壓泵柱塞填料密封結構及原理

高壓泵采用主副雙填料函密封結構，外供水進行強制冷卻潤滑，同時阻止帶有SiO2硬質顆粒的催化劑膠體進入填料。主密封函兩端安裝主副導向套，中間安裝7根填料；副填料函安裝兩端為壓環，中間安裝3根填料。通過壓蓋對填料施加軸向壓緊力，使填料產生軸向壓縮變形，同時產生對填料徑向壓緊力，使填料徑向膨脹緊貼于填料函內壁和柱塞表面，阻止物料泄漏，是典型的軟填料密封[1-2]，高壓泵填料函結構見圖2。

注：1.柱塞；2.主密封函體；3.墊環；4.主導向套；5.填料環；6.副導向套；7.副密封函體；8.壓環；9.O型圈；10.主填料調節帽；11.墊環；12.副填料調節帽

3.3 高壓泵柱塞填料密封技術改進

2.3.1 填料密封結構改進

填料柱塞密封泄漏的主要原因是柱塞腐蝕磨損和填料失效，從大量的檢維修實例來看，安裝在主填料函內側端部的不銹鋼墊環，在使用過程中柱塞由于重力作用造成偏心下垂，極易刮擦柱塞造成往復機械損傷，并且存在不銹鋼墊環不耐酸腐蝕問題，墊環內表面腐蝕出溝槽或毛刺，表面不光滑，加劇了不銹鋼墊環與柱塞之間的磨損，從而導致填料密封泄漏。主填料函填料密封結構圖、不銹鋼墊環如圖3、圖5所示。

注：1.芳綸填料；2.赤士盾填料

圖3 主填料函填料密封結構圖

圖4 不銹鋼墊環

針對密封結構存在的缺陷，對密封結構進行了技術改進。通過分析討論，將密封結構中的不銹鋼墊環去掉，采取調整導向套長度和填料環數的方案，即加長副導向套、填料環數不變的方案，從而調整零部件裝配位置，優化密封結構。填料密封結構改進后，記錄了改進前后年度的運行周期，填料密封的運行周期見表1。

表1 填料密封的運行周期

由表1可以看出，填料密封結構改進后，延長了高壓泵柱塞填料密封的運行周期，減少了膠體泄漏，平均運行周期延長了26.4%，柱塞填料密封檢維修成本降低了21.1%。

2.3.2 柱塞改進

為了解決柱塞腐蝕磨損問題，根據高壓泵的工作條件，從柱塞材質方面進行改進。

高壓泵目前所使用的的柱塞是由316L不銹鋼制成，在催化劑生產中，帶有SiO2硬質顆粒的催化劑膠體對316L不銹鋼柱塞的磨損嚴重，因此尋求一種耐磨性更高的柱塞材質，是解決柱塞磨損問題的關鍵所在。

陶瓷材料是指用天然或合成化合物經過成形和高溫燒結制成的一類無機非金屬材料。它具有高熔點、高硬度、高耐磨性、耐氧化等優點。陶瓷材料中的結構陶瓷，主要用于制作結構零件。機械工業中的一些密封件、軸承、刀具、球閥、缸套等都是頻繁經受摩擦而易磨損的零件，用金屬和合金制造有時也是使用不了多久就會損壞，而先進的結構陶瓷零件極其耐磨。鑒于陶瓷的高耐磨性，選用了陶瓷柱塞，在催化劑生產中進行了工業試驗，兩種材質柱塞的使用壽命見表2。

表2 各種材質柱塞使用壽命表

由表3可以看出，在相同的工作條件下，陶瓷柱塞的使用壽命遠遠長于316L不銹鋼柱塞的使用壽命。綜合考慮材料的使用壽命和價格，選用陶瓷材料的柱塞性價比更高，陶瓷柱塞如圖5所示。

圖5 陶瓷柱塞

柱塞材質改進后，陶瓷柱塞的填料環組內壁光滑，芳綸填料和赤世盾填料內表面基本持平，而不銹鋼柱塞的填料環組內壁磨損嚴重，且附著膠粒，芳綸填料和赤世盾填料內表面有著明顯的高度差，可見陶瓷柱塞的表面光潔度消除了對填料環組的磨損，陶瓷柱塞表面粗糙度、填料環組磨損情況對比如圖6、圖7所示。

圖6 陶瓷柱塞表面粗糙度

圖7 填料環組磨損情況對比

根據檢維修情況，統計了改進前后近三年的填料密封的運行周期，填料密封的運行周期見表3。

表3 填料密封的運行周期

由表3可以看出，柱塞材質改進后，柱塞不磨損，不但柱塞的使用壽命大大延長，同時盡最大可能發揮填料的使用價值，延長了柱塞填料密封的運行周期，2019年比2017年平均運行周期延長了16.8%，柱塞填料密封檢維修成本明顯降低。

3 結論

通過對往復式高壓泵的填料密封結構和柱塞材質改進后，延長了高壓泵柱塞填料密封的運行周期，明顯延長了柱塞的使用壽命，降低了柱塞填料密封檢維修費用，減少了膠體泄漏，提高了產品收率，增加了企業效益，陶瓷柱塞在同行業中值得進行推廣應用。