急冷液泵机械密封改造
（陕西延长中煤榆林能源化工有限公司，陕西 榆林 718500）
摘 要：以离心泵机械密封工作原理为基础，结合实际运行情况，对急冷液泵停车原因进行分析，并对改造后的安装维修进行讨论研究。
关键词：离心泵；干气密封；机械密封；
聚丙烯（二线）装置共有四台急冷液泵，属于离心泵，这四台急冷液泵是装置的关键设备，如果急冷液泵跳停将会引起装置停工。四台急冷液泵机械密封原设计采用福斯设计，是丙烯密封和密封油冲洗密封，密封油冲洗时借助单独的密封油站提供密封油的压力和流量，在运行过程中经常因机械密封冲洗压力低连锁停机，导致装置紧急停工。根据目前运行现状，经过中心领导讨论，进行对机械密封改造，改造后四台急冷液泵运行平稳。
1 原设计机械密封油冲洗装置介绍
PLAN54密封冲洗系统的作用PLAN54密封冲洗系统是为泵的双重密封提供清洁密封隔离液的装置，通常这种双重密封腔是带压的。它的作用是保证密封有清洁的、良好润滑性能的介质进行润滑和冷却，同时保证泵送介质不外漏。
PLAN54密封冲洗系统的工作原理PLAN54密封冲洗系统包括密封油箱、电加热器、油泵和电机、管线、阀门、过滤器、冷却器、控制仪表和现场显示仪表等。油泵在电动机的驱动下从油箱中抽取密封油，在溢流阀和压力调节阀的作用下，保证密封冲洗系统具有密封腔所需的压力；电加热器、冷却器、温度控制阀保证了密封油的工作温度；过滤器不断去除系统中可能存在的和运行过程中可能产生的杂质，保证密封液的清洁，从而保证密封的寿命；现场显示仪表是为了运行过程中对运行参数的了解；控制仪表是为了系统安全和远程控制而特别设置的，包括压力变送器、液位变送器、温度变送器等，当密封液压力低于规定压力或储箱液位低于允许位置或油箱局部油温过高时，变送器给出的信号通过与标准信号值对比，发出报警或连锁动作，上述动作可通过中央控制室（DCS）实现，对系统尤其是对主机的安全保护。详见P&ID图。
溢流阀（PSV2216/2226/2716/2726）：溢流阀处于油泵
和单向阀之后，保证密封液的压力在阀门设定范围内，如压力过高溢流阀会自动回流避免泵过压和电机过载；
压力调节阀（PCV2215/2225/2715/2725）：压力调节阀是保证密封腔具有稳定的压力的装置，密封液通过该阀后压力降至大气压力并回到油箱内；3、温控阀(TCV2214/2224/2714/2724)：温控阀是三通温度控制器，是将冷的密封冲洗液与热的冲洗液混合在一起保证混合后的温度稳定在49℃±3℃；
快速关断阀(HZV2050/2051,2060/2061,2550/2551,2560/2561)：当液位降低或由于其他原因，使系统压力不足以满足正常工作需要时（压力低于3.0MPa），密封腔前后的快速关断阀同时关闭，保证密封腔内的压力恒定，起到保护密封系统乃至整泵延时运转的作用；4、当主泵运行时，密封冲洗系统的压力、温度、液位等指标必须在规定的正常值范围内，在运行过程中，如果出现密封腔内压低于3.2MPa或压力高于3.8MPa时，系统将低压或高压报警，当压力继续降低到3.0MPa时，系统将与主泵连锁停机；如果储箱内液位低于180mm，系统将报警；如油温高于80℃系统将报警。出现上述任何一种情况，均会造成急冷液泵停车。
2 改造后的机械密封
2.1 干气密封系统与其原理
干气密封系统性能：先过滤干气密封中的工作气，在进行调压处理，并监测干气密封的密封腔压力与泄露量。系统P&ID如图所示。
一级密封（机械密封）：从回流泵出口处加入冲洗介质，通过冲洗对机械密封摩擦副实施冷却，并将其产生的热量带走。
二次封口：将用于干气密封中的工作气体需从氮气气源中进行提炼，经由截断阀V1，滤波器FL1（精确度为1μm）、调压阀PCV1、经流速计FIT101，针型阀V2，单向阀V3，将气体引入干气密封中封闭腔内，并将调压阀水压调至0.2MPa(G)，总流量采用经流速计上针形阀V2，调到五百Nl/h。为了从安全性考虑，整个控制系统均设置安全泄露通道。在密闭运行时，气化第一级保护（机械密闭）泄露介质后引至火炬处点燃，第二级保护（干气密封）中氮气组成部分也需吸引到火炬处，有小组成部分透过密闭端或泄露至大气端，且其泄露流量最大不能超过30Nl/h。
想要了解介质侧机械密封工作是否正常，需根据氮气入口处转子流量计FIT101值变化进行判断。一旦机械密封失效，多数高压力介质将抵达第二级的干气密封腔，气化后的介质会增加干气密封腔内部压力，若关闭氮气入口处的单向阀v3，则流量计上显示数将归零，而泄露通道中压力表PG102的数值将会提升。压力表PG一百零二的指示值电压达到零点一MPaG时，说明机械密封件已损坏，此时向气压变送器PIT一百零一发送了报警信号，运行管理人员应当需迅速关闭泵阀，并将备用水泵启动。
想要了解大气侧中干气密封是否能够正常工作，需检测气流活动进行判断。通常状况下，FIT转子流量计101的流速显示为500Nl/h，当干气密封发现异常时，就会出现流速的明显上升，而如果泄流速达到1500Nl/h时，则视为干气密封已损坏，因此运行人员应当及时停泵，并开启备用水泵。
无论是电压还是流速其显示值的提升，均代表着该密封设施已无法正常工作，运行人员应迅速关闭泵阀，并将备用水泵启动。
2.2 密封的安装与拆卸
干气密封中的精密配件，错误的拆卸与放置容易致使配件寿命减少与其密封性损坏。在安装干空气密封时，应严格遵循安装说明书中的步骤进行安装。
安装前检查密封状况：由于干气密封放置较长时间后才进行使用，因此在安装使用前要开展密封的浮动型检测与转动检查。
2 .2.1 检查动静环的转动情况
a.安装定位块需小心卸下。
b.卸下后的集装式密封介质侧壳体需朝下放置，放置在清洁装配平板上时需进行垫高处理（其中轴套端部与平板不可进行接触）。
c.转动轴套时需按照密封外部标注方向完成，若可以进行自由转动即为合格。若是转动时有明显的阻滞感，较大原因是干气密封端中聚集了油膜与水汽，需对其进行拆卸并清洁。
2.2.2 浮动性检查
拆卸后的集装式密封，其介质侧壳体需朝下放置，并将轴套底部与平板进行接触，然后用手平稳的用力压下压盖，此时二端的密封件均得到一定压力。
解放你的手，若轴套能够快速反弹并弹回初始地方，及为正常状况。若回弹速度慢或是完全无法反弹，则需溶解密封并对其进行相关方面的检测。
在检查完毕后，对定位板进行重新安装。
备注：上述检测步骤中的动作均要缓慢且轻微的完成，以免密封圈遭受冲击，损伤密封圈。
2.2.3 安装开始前准备工作
安装前必须对密封气体管道进行吹扫。吹扫气体应干净整洁，管道应无其他污垢和颗粒。
彻底清洁连接密封件的腔体和轴的表面，以避免灰尘、污垢和其他污染物。
仔细检查型腔的外边缘和紧密装配所需的轴承。锋利的边缘应该是钝的，表面应该没有毛刺和划痕。
仔细检查密封外壳外部和衬套内部的零环，如果有问题则更换。
仔细测量密封腔组件的长度，以确定密封腔与轴线的相对位移关系。这与图中的标记一致。
确保密封外壳上标记的旋转方向与主轴的旋转方向一致。
在轴套上的O形圈外表面涂抹少量硅脂保护剂。
2.2.4 密封安装
注意在安装密封之前，螺栓孔必须与泵壳上的连接螺栓孔相对应，管接头也必须与泵体内的进气管相匹配。
由于密封件的容器结构，在组装时可以插入整个泵体。因此，密封件的组装可以被认为是泵安装过程的一部分。
将密封件连接到轴上，固定压盖和轴套，然后拆下3件式定位块。
将两个管接头分别连接到入口管和出口管。锥形管螺纹可以用聚四氟乙烯原料胶带密封，但注意不要缠住管接头的末端。
确保泵轴和泵壳处于正常工作位置。这是密封系统正常运行的重要依据。
3 淬火油泵机械密封改造研究
3.1 高温热油封筛选模型
筛选模型的基本标准：高温热油泵密封必须使用符合API682-2004规范的背对背、面对面和面对面压力双端密封。
3.2 快闪排期筛选
高温热油泵双密封可根据现场实际情况选用。无压双密封结构必须保证排放安全。介质中的固体颗粒等杂质很容易损坏密封，应采用外部冲洗。如果介质非常干净，应进行自冲洗。
3.3 密封方式及材料筛选
高温泵密封压弹性件选用耐高温金属波纹管，根据介质的腐蚀和发热程度选用不同材质的金属波纹管。
建立高温热油密封方法：综合考虑上述密封方案和筛选机型标准，以及该泵的实际改造经验，最终选择了P54型密封方式。该方法及其筛分模型的优点是外立杆密封为主要密封方式，可承受密封罐密封液与PLAN54清洗液之间的相互压力。采用外立杆密封结构，油封管路的外连接，可以关闭内侧辅助外密封，获得良好的密封效果。此外，由于密封罐中的密封油压附着在交叉密封件上，因此必须用金属波纹管封闭交叉密封件。外辅助密封采用P54法，向密闭罐内注入洁净的高纯氮气加压，PLAN54法的冲洗液压力超过PLAN54法才结束。如果主密封方法不起作用，外密封也能在规定时间内产生密封效果，留出足够的时间更换设备，防止技术介质释放到空气中增加。
三个内主密封和外密封在日常运营和管理工作流程中产生少量排放。泵启动运行后，密闭罐内的密封液体会随着排放逐渐减少。液位开关浮子液位开关到位后，液位开关自动开启并提升其功能。这时就需要用柱塞泵补充密闭罐内的密封液。且当恢复正常液位时，机器的封闭系统可以正常稳定运行。如果封闭罐中的液位下降到标准线以下，则后续的例行检查将需要重新填充。当数值下降到规定值时，压力警报响起，需要氮气。再次加压以确保设施的平稳运行。
如果外部辅助机构密封工作介质且情况稳定，则不会发生损坏。如果外辅助密封不起作用，内空气侧的白油会直接泄漏并溢出到泵内。当底座升高时，密闭罐内保护液液位下降，密闭罐内氮气压力值下降直至低于报警次数，液位和差压开关发出警告同时。之后，当密闭罐内氮气压力下降时，压力达到常压，当密闭罐顶部的水压表个数为零时，立即停止运行，需要更换新的机械密封。
参考文献
[1] 人福斯原设计资料
[2] 四川日期设计资料
第一作者简介：董少永（1987-），男，汉族，陕西铜川人，工程师；研究方向：设备维护运行。
来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972 2022年第12期 在线投稿 >>
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