炼油厂循环水泵密封改进和安装

炼油厂循环水泵密封改进和安装

杨少彬、王洪庆、彭刚

中国石油大庆炼化公司检维修中心

摘要：循环水泵简称循环泵，水流在管内进行循环流动的过程中完成加热、冷却、过滤等一系列操作。受到多种因素影响，循环水泵由于密封问题会出现泄漏的现象，而泄漏通常是密封不严、密封老化、密封破损造成的，具体原因可能是机械摩擦问题、管线问题、内部摩擦问题等。本次研究中以某炼油厂水汽车间循环水泵为例，对炼油厂循环水泵密封改进和安装进行分析，为提升炼油厂循环水泵的机封性能提供理论支持。

关键词：循环水泵；机封性能；冲洗降温

引言：某炼油厂水汽车间循环水泵入口压力为5. 5 MPa，循环水泵长期处于高压封闭的运行环境中，原设计机械密封 使用 API PLAN23 冲洗方案，冲洗液在泵送环的作用下从密封腔送出，经过冷却器降温后再进入到密封室实现机封润滑、冷却。循环水泵投运十年后出现频发性的泄漏，更换老化机封仅能保障30—60d的良好密封，对循环水泵的运行效率造成严重影响。

1问题分析

经过分析发现，造成循环水泵机封性能下降的原因包括：（1）机械密封静环：机械密封静环松动且受到外界因素干扰，造成机封性能下降的同时还影响循环水泵运行精度；（2）机械密封动环：水压对密封端面比压造成影响，且机械密封端面受力不均，影响弹簧座预紧力，导致弹簧座对机械密封动环施加的动力不足；（3）机械密封内部构造：泵送环开槽角度<45°，造成水循环实际效果受到限制；（4）换热器：换热器严重结垢堵塞换热器内径。

2改造方案

对设备的运行特性进行充分分析，在此基础上制定密封改造方案，通过密封改造进一步提升设备运行的稳定性、封闭性，增加水泵循环量。方案中首先增强换热器的换热能力，进一步有效控制循环阻力。

2.1防转销防转

循环原水泵运行时需要保持机械密封静环固定不动，因此方案中在静环中使用防转销，同时使用托装式结构的机械密封静环配合密封圈，有效增强机械密封的抗干扰能力，摩擦副使用石墨、碳化硅材料，循环水泵的运行精度并不会对机械密封的运行造成影响[1]。

2.2弹簧座加固

在有效控制循环阻力的基础上，方案中重新设计密封结构：在原有多弹簧结构的基础上对弹簧数量进行调整，使多弹簧结构的预紧力达到理想水平，预紧力增强后多弹簧结构的轴向、径向尺寸将更加紧凑，使密封端面均匀受力。在循环水泵中配合使用平衡型结构，将部分水压卸载，防止水压过大影响密封端面比压[2]。循环水泵中的机械密封动环在运行时会旋转，因此需要以可靠的传动作为支持，方案中选择对轴套开孔，增加弹簧座螺钉的紧固效果，而动环旋转的动力来源于弹簧座，因此加固后的弹簧座拥有更加理想的传动效果与浮动性。

2.3动环飞翼改造

为了进一步确保循环水泵机械密封在恶劣的环境下稳定运行，方案中选择在机械密封动环顶部增加飞翼结构，由此同时实现动环强度与散热性能的增强。相应的动环飞翼结构还有助于增强石墨环强度，降低动环作用下造成的石墨环形变，对于提升机械密封使用寿命、稳定性具有重要意义。

2.4密封内部改造

机械密封流体输送的原有形式依靠泵送环，而泵送环的尺寸结构限制了流体循环效果，经过进一步分析发现是因为泵送环开槽角度<45°，当流体进入密封腔受到循环量的限制无法进行大流量循环[3]。方案中选择对密封内部结构改造，扩大密封腔内部空间，使循环流动性得到增强，同时将泵送环开槽角度增加到45°，进一步扩大流体循环量，改造后泵送环平均循环量为320 L/h。

2.5换热管径扩大

经调查发现造成机械密封下降的之一是换热器严重结垢堵塞换热器内径，因此方案中选择扩大换热器管径实现对换热器改造。根据循环水更的循环量对换热器管径进行计算，已知水的液体流速为1m/s，因此经过计算改造后的换热器管径确定为11 mm。为了有效降低管内流体阻力、提升机械密封循环降温效果，配管弯头直径为108mm。

2.6密封冲洗降温

使用传热速率方程式计算换热器的实际换热面积，进一步确定密封冲洗方案：冲洗液经由机械密封循环装置流出密封腔，经过换热后再回到密封腔。图1所示为密封冲洗方案。

图1 密封冲洗方案

密封腔当中的冲洗流体、泵送流体被喉部衬套隔开，此时换热器的唯一用途是对机械密封冲洗流体进行外循环降温冷却，外循环作用的冲洗流体不会加入循环体系内，而经过冲洗流体降温后的机械密封换热器避免了高温作业的状态，对于延长换热器使用寿命具有积极作用，同时也有效防止机械密封由于高温作用而老化。机械密封的热量来源于端面与密封腔，其中端面是主要热源，对端面热量进行计算：

      （1）

            （2）

式中：- 密封端面产生的热量-kW；

－材料特性系数；

－传热面积-mm2；

        - 密封端面平均直径-mm；

                - 泵温度和密封腔预期温度差－℃；

-密封转矩-Nm；

－摩擦系数；

         - 密封端面平均直径，mm。

经过计算获得结果，即=1.3KW、=5.4KW，最终获得密封腔总热量为6.7KW。

计算换热器传热速率：

            （3）

式中：-密封腔总热量-kW；

- 总传热系数-W/m2-K；

-换热器传热面积-m2；

                 - 换热器两端传热温差对数平均值－℃。

已知=20℃，计算的换热器换热面积为0.6m2，因此最终决定更换的换热面积为0.6m2的换热器。

3填料安装

方案中为循环水泵使用注射型软填料进行密封，这是因为注射型软填料可塑性更强，被两端盘根环封闭后填料可以形成圆筒滑块，并在轴的运动面形成液膜，而期间产生的摩擦热量无限趋近于零，有效确保密封效果[4]。

注射型软填料在循环水泵密封中展现出多重优势，包括可塑性强、摩擦小、无需水冷、无需冲洗、维修简单等。已知循环水泵设计压力上限为0.6 MPa，方案中对四种型号的密封常用注射型软填料进行对比，表1所示为注射型软填料技术参数对比。

表1 注射型软填料技术参数对比

经过对比最终选定CMS2000 注射型软填料，可以有效维持循环水泵的密封效果与长期稳定运行效果。

结束语

经过本次的改进和安装，循环水泵密封泄漏情况得到显著改善，且处于平稳运行状态，振动、电流能够控制在标准范围内。循环水泵电机输出功率、输出电压可以控制在额定范围内，不会出现过载而造成水泵过热造成密封端面过热损坏机封的现象，且每年可节约用水约6 000 t。

参考文献

[1]廖智全.BFW循环水泵机械密封泄漏原因分析及处理[J].大氮肥,2022,45(05):339-340+343.

[2]张伟东.催化装置外取热器循环水泵机械密封改造[J].液压气动与密封,2022,42(08):51-54.

[3]霍伟奇.一种新型水泵轴封的失效分析与改进优化[J].设备管理与维修,2022(08):77-78.

[4]陈树磊.高温循环冷却洗涤水泵机械密封技术改造[J].云南化工,2020,47(06):132-134.