高速泵机械密封改造

高速泵机械密封改造沧州渤海石化工程有限公司王义同摘要：针对脱硫脱硫醇两台立式高速泵机械密封泄漏进行分析，通过科学计算提出了合理的改造方案，通过改造后的机械密封使用情况良好，为装置能够平稳的运行奠定了良好的基础。关键词：干气密封高速泵波纹管载荷系数端面比压中石化青岛炼化脱硫脱硫醇装置中，使用了两台航天十一所制造的立式高速泵。密封采用四川日机的60A（t）-51C-60B和60C-51D一套双端面机封和一套单端面机封组成用于密封液化气、密封油和齿轮箱润滑油。该泵是将焦化裂化液化气的压力从1.2MPa升至3.2MPa，介质温度为0～40℃，转速为6705r／min。由于此泵工作介质为液态烃，所以采用通用型高速机械密封时，造成使用周期短，更换频繁，易泄露，此介质含有硫化氢它的泄漏对操作人员造成危害，因此对该泵的机械密封进行了技术改造。1.机械密封失效原因改造前机械密封结构见图1图1小弹簧双端面机械密封1.弹簧座2.弹簧3.垫片4.O圈5.静环6.挡圈7.动环8.挡圈9.静环10.O圈11.垫片12.弹簧座原机封密封的参数为：介质成分介质温度℃密封腔压力MPa转速rpm使用条件焦化裂化液化气30~501.56705封液成分封液温度℃封液压力MPa白油251.7弹簧弹簧高度端面尺寸轴颈mm规格丝径mm外径mm自由高度mm工作高度mm内径mm外径mm60A0.64.738.56333931.7560B0.64.738.5638.545.538.1（1）机械密封参数计算如下：①载荷系数K试中，d1密封端面内径，mm；d2密封端面外径，mm；db密封直径，mm。②膜压系数λ试中，r1窄密封端面半径，mm；r2窄密封端面外半径，mm。③弹簧比压Ps弹簧刚度为：试中，d0弹簧线径，mm；Dm弹簧中径，mm；n弹簧有效圈数；G材料切变模量不锈钢的G=71×103。单个弹簧力：试中，x弹簧的压缩量，mm。弹簧合力为：弹簧比压为：④端面比压Pc试中，P1封液压力，MPa；P3密封腔压力，MPa。经计算，密封端面比压满足介质要求端面比压推荐值0.4-0.7MPa，符合要求。（2）根据上述弹簧参数对原机械密封使用的弹簧进行校核。①弹簧的旋绕比C06.88DCd试中，D弹簧外径，mm。②弹簧的曲度系数K③扭转切应力τ22b122210.43ddKdd外22222210.66bddKdd内212120.513()rrrr13()csPPPKPK外内（）=0.45MPa00.19sFPMPaA403'4.088mGdPDn4310.68smGdFxNDn0663.68sFFN410.6151.374CKCCC320088709.29DCKPPMPadd[]490.25MPa查阅有关数据表可知，该弹簧的许用切应力为490.25MPa，原机械密封弹簧的扭转切应力大于许用切应力,导致密封失效。（3）密封泄漏原因分析①此双端面密封采用53B系统，大气侧密封承压过大，导致密封的寿命过短，一旦发生泄漏密封油罐的白油液位就会下降，随之而来的是介质侧渗漏的液化气也是随之排放到大气侧，造成现场有硫化氢气味；②多弹簧机械密封静环O形密封圈部位存在摩擦力,致使静环的追随性差在泵高速旋转时产生的微小振动就会引起机械密封端面不完全闭合,造成介质泄漏。③该泵用密封的弹簧许用切应力为490.25MPa，原机械密封弹簧的扭转切应力大于许用切应力,导致密封失效。2.改造方案将原双端面机械密封改造为串联式干气密封，密封系统采用PLAN72+76，串联干气密封不需改动原密封腔。主密封气采用氮气，在现场新安装由过滤器、流量计等组成的控制盘，连接管线作少量改动，但必须接现场火炬排放管线。干气密封系统其工作流程为：压力为0.8MPa的密封气经过滤减压阀减压至0.5MPa，再通过流量计和单向阀进入密封腔，一小部分密封气通过内侧密封泄漏入泵内，另有一部分密封气通过外侧密封泄漏入火炬排放管线中，由于介质是轻烃泄漏后就会气化随之排放到火炬管线中。另外将介质侧和齿轮箱油封改造为金属波纹环密封，并加大干气密封弹簧线径，这样增强了弹簧的承载能力。金属波纹管的特殊结构避免了原静环O形圈处泄漏,克服了多弹簧结构在高速旋转时补偿能力差的缺点，同时也避免了小弹簧密封弹簧由于扭转力大造成密封失效的问题。3.机械密封参数校核对改造后的机械密封参数进行了校核。介质侧机械密封密封面内、外直径分别为43.4mm和48mm，波纹管内外径分别为38.4mm和48mm，密封平衡直径为45.28mm,密封腔压力为1.5MPa；油密封的密封面内、外直径分别为41.5mm和48mm，波纹管内外径分别为38.4mm和48mm，密封平衡直径为45.28mm,密封腔压力为0MPa；为了保证密封面良好贴合，机械密封必须保持一定端面比压，且该比压不能过高也不能过低，过高会加快端面磨损，过低会使机械密封泄漏，一般情况下推荐机械密封端面比压为：一般介质：0.3～0.6MPa；低粘度介质：0.2～0.4MPa；高粘度介质：0.4～0.7MPa。（1）介质侧密封参数计算①载荷系数K试中，d4波纹管外径，mm；de波纹管有效直径，mm；22422210.51eddKdd内②膜压系数λ④端面比压Pc⑤密封的PV值7.09/cPVMPams（2）油密封参数计算①载荷系数K②膜压系数λ④端面比压Pc⑤密封的PV值4.82/cPVMPams摩擦副石墨对碳化钨的允许端面使用值为90/MPams，可见改造后的[]ccPVPV，因此改造方案是合理可行的。4.改造效果该泵的机械密封进行了改造。经过一年多的运行,该泵的机械密封没有发生泄漏,延长了高速泵的连续运转时间,并取得了良好的经济效益；进一套的双端面的小弹簧机械密封需4357元,国产化改造后的串联式干气密封需6285元,虽然一次性的成本增加但是总的维修费用却大大的降低了。另外,硫化氢的无泄漏对于保护环境、保障操作人员的人身安全也起到了积极作用。参考文献1、王汝美，实用机械密封技术问答北京中国石化出版社20042、田伯勤，新编机械密封实用技术手册北京中国知识出版社20063、林远大，焊接金属波纹管机械密封的设计和典型结构化工与通用饥械19783、韩安荣，通用变频器及应用（第二版）北京机械工业出版社2000212120.513()rrrr3()csPPPK内=0.4422422210.31eddKdd内212120.513()rrrr3()csPPPK内=0.31