高原地區化工離心泵密封形式改造的探討

夏洪軍

中鹽青海昆侖堿業有限公司于2008年開始建設。2011年8月7日正式投產的100萬噸/年純堿生產裝置，采用先進成熟的氨堿法生產工藝。在氨堿法工藝生產中，氨鹽水的碳酸化過程是工藝條件最多、影響因素最廣、物理和化學變化最繁多的一個工序，其中中和水、氨鹽水、冷母液介質的消耗與調節對整個生產過程的影響也是非比尋常。該裝置中輸送中和水、淡氨鹽水、冷母液介質采用機械密封裝置的泵輸送。

在實際運行中中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵存在泄漏嚴重，維修費用高，勞動強度大等一系列問題。為了解決以上問題，我公司將其密封形式改造為副葉輪填料密封。現就中和水、淡氨鹽水、冷母液泵密封裝置改造進行討論。

1.密封工作原理及結構

機械密封在旋轉設備上的應用非常廣泛，機械密封的密封性能直接影響到整機的運行效果。機械密封又叫端面密封，它是一種旋轉機械的軸封裝置，指至少有一對垂直于旋轉軸線的端面在液體壓力和補償機構彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。機械密封通常有靜環、動環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環隨泵軸一起旋轉，動環和靜環緊密貼合組成密封面，防止介質泄漏。機械密封結構如圖1所示

圖1 機械密封結構圖

2.機械密封在中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵中的故障表現及原因分析

2.1機械密封振動偏大，導致最終失去密封效果。中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵機械密封的密封端面經常會出現端面磨損、裂縫、破損等情況，彈簧用久了也會松弛、斷裂、腐蝕，輔助密封圈也會出現裂口、扭曲和變形、破裂等情況。

2.2機械密封在中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵的運用中，由于結晶的析出，顆粒、雜質的沉積，使機械密封的彈簧失靈，顆粒進入密封面摩擦，會導致機械密封的迅速損壞，進而導致機械密封經常性泄漏。然而在機械密封中增加沖洗系統生成阻封它可以有效的保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。但中鹽青海昆侖堿業有限公司地處海拔3000多米的高原，由于地理環境的因素導致本地區水質不好，水中Caso4,Mgso4含量高，水的硬度大，雜質多，這些原因嚴重威脅著機械密封的輔助沖洗系統，致使機械密封達不到密封效果。

2.3中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵泵軸、泵體、密封腔體的加工精度不夠對機械密封的密封效果也是非常不利的。

2.4機械密封經常性泄漏，使得中和水、淡氨鹽水、冷母液消耗高。經常更換機械密封明顯增加了維修勞動強度和維修費用

結論：在高原地區中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵的密封裝置使用機械密封沒有很好的效果。

3.中和水、淡氨鹽水、冷母液泵由機械密封形式改造為副葉輪填料密封裝

3.1 副葉輪填料密封的原理及特點

副葉輪密封系統是利用回轉體帶動流體使之產生離心力以克服泄露的裝置。其密封能力來源于機器軸的旋轉帶動副葉輪所做的功。副葉輪所產生的揚程起到封堵輸送介質的作用。副葉輪只在泵運行時起到密封作用，所以為防止泵停機后輸送介質泄漏配備了停車密封，采用填料作為停車密封。副葉輪密封的特點在于它沒有直接接觸的摩擦副，可以采用較大的密封間隙，可以密封含有固相雜質的介質，中和水、淡氨鹽水、冷母液介質狀態適用副葉輪填料密封。如果設計合理可以做到接近零泄露率。

圖2 改造后 副葉輪填料密封結構圖

表1 中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵改造前后參數變化

3.2 副葉輪填料密封的結構特點

副葉輪填料密封的結構如圖2所示，副葉輪密封系統是由副葉輪和填料兩部分組成。當泵工作時來自葉輪出口處的高壓液體經泵蓋與護板之間的間隙進入副葉輪流道內，同時由于副葉輪的旋轉作用使流到內的液體形成一個具有一定厚度的液體環。如果以P1表示液體環產生的離心壓力，在泵運行時，它將與副葉輪周圍的中和水、淡氨鹽水、冷母液壓力P2相平衡。在副葉輪的工作中，當P1＜P2時，由于副葉輪內的液體向外流動使液體環變薄，這時離心壓力降低，直到P1=P2時流動停止，出現新的平衡。相反，當P1＞P2時，副葉輪內的液體向內流動使液體環變厚，這時離心壓力升高，直到P1=P2時，又出現新的平衡。只要液體環的厚度變化是在副葉輪的流道內進行，這種平衡狀態就不會破壞，介質就不會泄漏。開車前將填料加好，填料壓蓋壓緊，也會減少泄漏的。

3.3 密封裝置改造

公司技術人員經過認真測繪后，在原葉輪、托架及泵軸不變的情況下去掉機械密封。增加泵蓋、副葉輪、護板、軸套、填料5件零件即可。

3.4 改造前后的變化

中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵密封裝置由機械密封改造為副葉輪填料密封之后，設備泄漏率明顯降低，維修費用及勞動強度大幅度降低，除此之外，還進一步改善了員工的工作環境。

改造前后中和水泵、淡氨鹽水泵、冷母液泵技術參數變化如表1所示。

4.結論

由以上實驗結果得出結論，在高原地區，含有固體顆粒、雜質的中和水、淡氨鹽水、冷母液介質還是比較適合副葉輪填料密封裝置。此次密封形式的改造獲得了成功。