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1001.com/logo200/yeya_logo.gif\*MERGEFORMAT摘要针对炼油装置渣油泵接触式波纹管机械密封频繁失效使用寿命短的问题设计出一种新型非接触式波纹管机械密封介绍了其结构特征及技术优势工业应用结果表明:新型非接触式波纹管密封具有无泄漏、安全使用寿命长封油消耗量少以及维修费用低等优点具有广阔应用前景关键词机械密封非接触式波纹管渣油泵炼__业减压塔底渣油泵是蒸馏装置的关键设备主要作用是为减压塔底渣油提供输送动力渣油为高真空度下不能蒸发汽化的塔底油品具有温度高、易结焦、相对含硫量高以及易腐蚀等特点炼油装置渣油泵通常采用接触式单端面波纹管机械密封作为其轴封但使用效果不理想经常会出现滴漏、渗漏并最终导致突然大量泄漏因输送介质渣油为高温热油温度高达300℃以上一旦密封失效产生泄漏将带来极大的安全隐患它不仅污染环境造成经济损失而且往往会导致火灾等重大事故针对以上情况设计了一种新型非接触式波纹管密封并成功进行了工业应用工业应用表明新型非接触式波纹管密封不仅可以实现渣油的无泄漏、装置长周期安全运转而且辅助系统结构简单运行费用低经济效益显著
1.渣油泵接触式波纹管机械密封存在问题 图1为接触式波纹管机械密封示意图通过对国内炼__业渣油泵接触式波纹管机械密封使用情况充分调研并对失效密封从结构设计、材质以及辅助系统布置方面做了充分分析发现其主要存在3个问题1密封摩擦副端面磨损严重由于渣油粘度大、流动性差并且渣油介质中含有粒状和粉末状结焦物在摩擦副周围不可避免地存在着结焦物这对摩擦副的危害相当大结焦物一旦进入密封端面由于摩擦副高速旋转很快便将密封端面拉伤产生划痕随着聚合物和杂质颗粒不断进入摩擦副端面密封面逐渐被磨损最终造成密封泄漏失效2波纹管组件失弹在实际使用过程中为了在高温、高压状态下能够实现密封功能接触式波纹管密封普遍采用较大的压缩量这样密封端面比压相应会大大提高摩擦副端面磨损严重同时产生大量摩擦热若摩擦热不能及时带走在高温__作用下波纹管刚度或弹性会逐渐减少甚至消失即失弹并且温度越高载荷越大失弹越快若波纹管失弹密封端面在介质压力作用下随即打开即出现大量泄漏3冲洗油、冷却水消耗量大为了防止密封部位温度升高产生结焦必须采用外冲洗和冷却等措施以降低摩擦温升、防止结焦、热裂、老化等而导致密封失效为此必然消耗大量的冲洗油和冷却水造成运行费用高初步估计1台热油泵年冲洗冷却所需运行费用超过50万元能耗量大而且可靠性差安全性低维修成本高
2.新型非接触式波纹管机械密封
2.1结构特征 图2为新型非接触式波纹管机械密封示意图密封整体结构采用串联式结构整体布置简单紧凑两套密封之间通常注入温度100~120℃、压力014~016MPa的蜡油或柴油作为封液其结构特征突出1介质侧主密封采用波纹管非接触式机械密封充分利用了波纹管可在较高温度下正常工作的特性同时密封静环采用硬质合金材料在密封环内径侧开设流体动压槽如图3所示流体动压槽既可以将泄漏介质反输回填料箱内又可以将低温封油泵入密封端面形成一层低温流体膜防止端面温升由于端面流体动压效应相应地使其所形成的端面开启力增大密封端面处于非接触运转状态大大减少端面磨损2大气侧密封采用独特设计的接触式密封密封动环采用纯碳材料端面设计成窄环形式密封窄环可以很大程度上减少温度造成的密封端面变形有效防止热变形造成的端面泄漏失效3冲洗采用外部冲洗密封辅助系统如图4所示冲洗液经过冷却、过滤自入口注入机械密封内部自出口返回冲洗液罐冷却后循环利用不进入被输送介质这样就可以__避免原单端面机械密封用冲洗液进入机泵密封腔对被输送介质产生影响控制冲洗液压力高于密封腔内压力避免主密封泄漏后输送介质进入冲洗液污染冲洗液即使密封腔内压力高于冲洗液压力该螺旋槽密封也会将液体返回高压侧
2.2技术优势由于采用串联式结构当主密封失效时高温渣油从间隙中泄漏出来与低温冲洗液接触便会迅速冷却此时副密封充当主密封延长了密封使用周期当副密封也失效时此时泄漏出来的液体温度已经很低不会带来安全隐患避免了火灾事故因此安全性提高冲洗液自入口进入密封腔对主、副密封都具有一定的润滑作用;而在主密封上由于静环上开了螺旋槽冲洗液由内径向外径流动产生液膜形成动压效应使动静环分开实现了非接触运转延长了密封使用寿命同时减少了端面摩擦生热有效防止热变形造成的泄漏失效主密封采用内径开槽上游泵送结构一方面可以有效阻止高温渣油泄漏;另一方面可将少量清洁、低温封油通过密封端面泵入填料箱对密封端面起到冷却作用的同时可以防止固体颗粒进入密封端面减少了端面间的磨粒磨损解决了原波纹管接触式机械密封的磨损严重的问题延长了摩擦副的使用寿命因此新型密封具有优良的防固体颗粒能力与接触式波纹管密封需要大量冲洗油如蜡油进入密封腔体对密封端面冷却冲洗浪费严重蜡油__为渣油的几十倍相比非接触式波纹管密封冲洗液用量不足其1/10同时冷却水用量仅不足2L/h因此经济效益显著
3.工业应用齐鲁分公司蒸馏装置渣油泵为进口卧式单级悬臂离心泵一开一备主要作用是为塔底渣油提供动力渣油泵工艺参数:输送介质为塔底渣油;进口压力0111MPa出口压力0117MPa;温度250℃电机转速2980r/min;密封直径115mm该泵自运行以来密封频繁失效年检修达10次以上严重影响了装置的正常运行同时每年因封油消耗而新增投资在50万元以上
3.1密封设计结合该渣油泵工艺参数设计出的渣油泵用串联非接触式波纹管机械密封密封端面内半径为115mm端面外半径为135mm有关几何参数:螺旋角
17.8°端面膜厚与堰区膜厚比为
0.309槽深取5μm螺旋槽间堰宽与槽宽之比为
1.0槽径比为
0.
7233.2应用考核改造后的非接触式波纹管机械密封自2006年2月投入使用以来已连续运行18个月实现了密封介质的零泄漏且未出现异常情况保证了装置的长周期安全运行累计为企业节省备件费用近4万元同时节约封油及冷却水费用达40万元以上为企业创造了良好经济效益
4.结论1密封端面磨损严重波纹管失弹以及冲洗措施不当是造成普通接触式波纹管机械密封失效的重要原因同时为了降温冷却普通接触式波纹管密封需要消耗大量冲洗油及冷却水能耗大2新型非接触式波纹管机械密封在高温状态下可以实现端面非接触运转避免端面摩擦磨损延长密封使用寿命;新型密封具有优良的防固体颗粒能力此外与接触式波纹管密封相比新型非接触式密封能耗大大降低经济效益显著值得在同类机组__应用。