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。干氣密封在立式高速泵上的技術(shù)應(yīng)用。 
    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 
    原雙端面機(jī)械密封的工作流程為: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。 
    ①因封液壓力高于泵內(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。 
    ②封液罐的氮氣注入管線上無單向閥,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**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*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。 
    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3μm,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???; 
    (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)其工作流程為:壓力為0.7MPa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0.6MPa,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。 
    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0.4m3/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。