张云川

(云南天安化工有限公司磷酸厂，云南 安 宁 6 50309)

一、填料式循环水泵的使用情况及存在问题

1.概述

天安化工磷酸厂一期30万t/年湿法磷酸装置4台循环水泵采用的是单级双吸水平中开蜗壳式离心泵，于2005年2月投入使用。4台泵原设计均采用填料密封。良好的填料密封，是“迷宫效应”和“轴承效应”的综合作用。因轴套随轴运转，会与填料持续摩擦而产生大量的热量，故需外接冷却水注入水封环内让填料冷却，冷却水压力还可以帮助填料起到更好的密封效果，从而让循环水泵正常运行。

2.使用情况及存在问题

循环水泵介质参数见表1。

表1

4台循环水泵原设计的冷却方式为：在泵壳顶部开孔将泵内介质引出，再分别注入两端填料函之中用做填料冷却水。

水泵投入使用初期，水质及工况较好，这种冷却方式也没出现太大问题，但随着水质恶化(见表1)，介质含酸量增大，杂质增多，而且其本身温度已经较高，导致填料频繁损坏泄漏，外泄漏较大腐蚀轴承及轴承座，轴套磨损严重。检修工作量及备件消耗量均加大，而且泄漏带来的环境污染相当严重。为解决此问题，磷酸厂于2007年7月进行了冷却水系统改造：增加了密封水加压泵，单独配管至每台循环水泵的填料函，并且引入了清洁工艺用水做填料的冷却。

改造初期情况有所好转，但运行一段时间后再次出现频繁泄漏，拧紧压盖螺栓、更换填料均不能解决问题。

为彻底解决循环水泵存在的问题，我们提出将其改为机械密封型式。

二、循环水泵的机械密封改造

1.机械密封的选型

双端机封有两对摩擦副，结构复杂，需外供封液系统。而单端面机封只有一对摩擦副，结构简单，安装及维护方便，故选用单端面机封。选用内装式机械密封，便于改造且密封性好。弹簧选取多弹簧式，使用于高速运转。

为了确保密封效果，需计算机械密封载荷系数K

式中：d1——密封环带的内径，测量值为110mm；

d2——密封环带的外径，测量值为145mm；

db——密封的平衡直径，测量值为125mm。

上式K=0.61＜1。K＜1的机械密封为平衡型密封，内装式密封轴上的台阶使密封端面沿径向内移时并不减少密封面的宽度。密封的开启力不变，但由于动环有较大的面积暴露在液体中，因此，闭合力被平衡了相当一部分，保证了密封效果。

从上可知，选取的机械密封为单端内装旋转多弹簧式平衡型机械密封。

三、改造过程

经与多家机械密封制造厂商进行探讨后，最终选定“艾志工业技术集团”生产的“AIGI专利集装式机封”，该机械密封结构型式如图1。

图1

1.AIGI专利集装式机封的特点

(1)集装式结构，使安装简单、可靠。

(2)平衡式结构在压力骤变时会减轻密封介质压力对密封端的影响。

(3)非热镶式的动、静环结构，杜绝了在温度变化大以及有振动等特殊情况下，环面发生脱落或损伤的现。

(4)定位装置可避免人为安装产生的误差，保证机械密封精确的端面比压与可靠性，有效保证机械密封的长周期运行。

(5)多个小弹簧结构，且不与介质接触。

(6)专利的定位以及合理的端面比压，确保了密封的寿命与低排放要求。

2.性能参数

最高温度可达200℃；密封圆周线速度25m/s；最高压力可达0.4MPa。

3.材质选择

由表1可知，泵介质含酸量较高，且带有其它固体颗粒杂质，因此对机械密封的材质选取(表2)。

表2

4.可行性验证

(1)端面比压Pc。

经计算Pc=Fc/A=0.42MPa

式中：Fc——密封净闭合力；

A——密封环面积。

在允许范围0.3～0.6内，可行。

(2)PcV值。

PcV=0.42×25=10.5＜[PcV]，可行。

式中：Pc——端面比压；

V——密封端面平均线速度；

[PcV]——许用值＜14.5。

5.改造实施

我厂4台循环水泵，运行方式为3开1备。于2012年9月先对备用泵CJ01001A实施改造。将原来的填料取出，取消密封压盖，将机械密封直接安装在原填料函上即可。完成改造后，连续运行了4个月，未发生泄漏。后对另3台循环水泵实施改造，并于2013年3月全部改造完毕。

四、效益分析

机械密封改造前后循环水泵的运行参数见表3(以CJ01001A为例)。

表3

1.改造效果

机封改造后，实现了零泄漏。而且，泵的运行效率得到大幅提升，由改造前的80.4%提升至90.5%。

2.经济效益

(1)通过电流对比可知，以1台泵每年运行330天计算，1年所降能耗为电机功率462 528kW，电能下降约7.3%，以每度电0.8元计算，1年节约成本可达3.7万元。

(2)2012年5月至9月期间，泵检修8次，平均每台备件费用为4.1万元。2012年9月完成机封改造后运行至2013年3月，除了日常性维护检查，未进行备件更换。平均每台机封改造费用为3.9万元，5个月时间即回收投资成本，并且产生效益2 000元。

[1]云南省化工高级技工学校．磷酸生产工艺[M]．2009.

[2]陈伟．机泵选用[M]．北京：化学工业出版社，2008.

[3]魏龙，冯秀．化工密封实用技术[M]．北京：化学工业出版社，2010.