环管反应器轴流泵机械密封消除冲洗死区改造

环管反应器轴流泵机械密封消除冲洗死区改造摘要:茂名高密度装置反应器轴流泵机械密封出现损坏,进行查找原因,确认是机械密封存在冲洗死区,冲洗异丁烷气化后进入密封油系统,污染密封油,造成密封损坏。

对机械密封进行改造,消除冲洗死区。

关键词:轴流泵初级密封轴承冲洗死区
茂名35万吨/年高密度装置的心脏设备P-4001劳伦斯泵,是目前世界上用于环管反应器的最大的轴流泵[1～2]。

2006年8月投用后,在2008年至2009年期间先后多次出现机械密封损坏故障。

为彻底解决问题,我们进行了技术攻关,查找原因,确定对策,最终通过对机械密封进行改造,解决了问题。

1 反应器轴流泵简介
高密度装置使用环管反应器[3],高密度装置轴流泵安装在环管反应器下部,用于推动反应物料高速定向循环流动。

轴流泵基本结构包括一弯管结构壳体、叶轮、主轴、轴承箱和机械密封。

该泵由美国劳伦斯泵公司生产,工艺介质为聚乙烯浆液,电机功率3002 kW,电机转速1492 RPM,增速机转速1804 RPM;入口压力4.4 MPaG,出口压力:4.77 MpaG;介质温度90°C～115 °C。

2 机械密封结构
环管反应器中的物料不允许泄漏到轴流泵外,因此用一套串级机
械密封[1,4]来保证其密封性,使用初级密封、安全密封和处于两者之间的中间密封。

初级密封前端通过唇型密封隔离环管反应器,后端与中间密封之间充满高压密封油,初级密封中有一个双列滚子轴承,型号为SKF23034 CC/W33VW532。

为阻挡反应器内颗粒状聚集物进入机械密封,同时及时带走密封内产生的热量,外接压力比环管反应器内压力高0.1～0.2 MPaG的纯净异丁烷液体对其进行循环冲洗。

3 存在问题
2006p异丁烷冲洗孔最初设计为孔数为一个,冲洗异丁烷在节流环和唇封处的分布不均匀,发现有聚乙烯粉料在唇封处积聚。

为了使冲洗异丁烷分布更加均匀,冲洗效果更好,2008年12月后改为4个,该项改进并未完全解决密封损坏问题。

(3)增加异丁烷冲洗流量。

异丁烷冲洗流量设定从460 kg/h增加到900 kg/h,减少聚乙烯粉料在唇封处积聚。

该项改进也未能完全解决密封损坏问题。

(4)初级密封中轴承损坏应该是机械密封损坏的主要原因。

每次机械密封损坏,有时密封动静环、轴套等会出现损坏,但是每一次初级密封中轴承都出现损坏,因此初步判断密封失效的源头应该是机密封中的轴承先损坏,磨损的金属屑进入密封油系统造成密封失
效。

5 消除机械密封冲洗[5～6]死区改造
2008年12月,采集密封油系统中的油样进行分析,密封油中异丁烷含量高达3000 PPM,对油造成严重污染。

通过每天在线置换油两的方法(该方法为在线将密封油放出约10 L,再补进10 L新鲜油),也只能将密封油异丁烷含量控制在300 PPM左右。

通过每天在线置换油的方法,这套密封维持使用了1年时间。

可以确定异丁烷漏入密封油中是造成密封损坏的原因。

为了彻底解决问题,决定对机械密封结构进行改造。

异丁烷为什么会漏入到密封油中,经过分析,对现有轴流泵的机械密封进行冲洗时,如图1所示,密封座2上节流环1右侧设有冲洗通道8,冲洗液从冲洗通道8进入初级密封,后从节流环1与轴套5之间间隙7再经唇形密封6流出初级密封流入环管反应器。

上述冲洗过程,易在由密封座2、动环3、静环4、轴套3组成的腔体9的右端,即动、静环下侧,形成一冲洗死区。

冲洗液进入该死区后,会积存在该死区处,不能继续循环,温度升高气化后,会进入密封油系统,污染密封油,导致密封的使用寿命缩短。

为了避免存在冲洗死区,我们对初级密封进行了重新设计,消除冲洗死区设计的其特征在于:在密封座2上设有入口连通冲洗通道8、出
口倾斜向下的冲向所述腔体9冲洗死区的斜冲洗通道10,连续的冲洗该处的异丁烷,使丁烷从间隙7流入反应器,而不在该处停留。

6 结论
2010年2月1日投用改造的机封后,密封油中异丁烷的含量在30～60 PPM之间波动,对机械密封没有影响,到2012年7月,该泵已连续运行29个月,创该型号机泵世界最长运行周期。

该泵的机械密封改造获得圆满成功。

参考文献
[1] 安礼强,蔡敏.环管反应器轴流泵机械密封失效原因分析及改造[J].机械,2005,32(11):60-62.
[2] 官书林.环管反应器轴流泵功率波动原因分析及对策[J].齐鲁石油化工,2012,40(2):129-131.
[3] 马俊林.环管反应器的研究现状及展望[J].十堰大学学报:自然科学版,1995(3):27-31.
[4] 马程华,赵海力.高危介质泵密封系统改造实践[J].中外能源,2008,13:90-91.
[5] 黄颖,赵斌义.IGCC装置中泵用机械密封冲洗方案选择[J].大氮肥,2007,30(5):306-309.
[6] 周彬,龚建华.高温油泵机械密封和密封冲洗方案的改造[J].石油和化工设备,2012,15:76-77.。