梁小偉

摘 要：循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，不但能保證長周期穩(wěn)定運(yùn)行，而且大大降低了維修次數(shù)和維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：軸封 軟硬填料組合密封設(shè)計(jì) 軟填料密封 硬填料盤根 軟填料槍 在線修復(fù)密封 降低維修成本

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（c）-0114-02

中石油寧夏石化公司20011年進(jìn)行煉油裝置改擴(kuò)建工程，原油加工能力從150萬噸/年上升至500萬噸/年，催化裂化加工能力從60萬/年提高到260萬噸/年，隨著煉油裝置加工量的提高，為了節(jié)約建設(shè)成本，提高設(shè)備經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，公司決定將原水汽車間403單元老三循舊裝置改造為新二循，通過地下管網(wǎng)改造后利舊，原有4臺(tái)循環(huán)水泵直接給新污水、新聚丙烯、新空分空壓提供循環(huán)水，水泵的密封對整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)來說起著舉足輕重的作用，舊的4臺(tái)循環(huán)水泵能否滿足新裝置的生產(chǎn)要求，能否長周期穩(wěn)定運(yùn)行，如何選擇水泵密封是關(guān)鍵所在。

1 各種循環(huán)水泵密封介紹

眾所周知，軸封是防止泵軸與殼體處泄露而設(shè)置的密封裝置。常用的軸封型式有填料密封、機(jī)械密封和動(dòng)力密封。填料密封結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修方便，但泄漏量大、功耗損失大。因此，填料密封用于輸送一般介質(zhì)，如水；一般不適于石油及化工介質(zhì)，特別是不能用在有腐蝕性、易爆和有毒介質(zhì)中。機(jī)械密封水泵的密封效果好，泄露量很小，壽命長，但價(jià)格貴，加工安裝維修保養(yǎng)比一般密封要求高。動(dòng)力密封可分為背葉片密封和副葉輪密封兩類。泵工作時(shí)靠背葉片（或副葉輪）的離心力作用使軸封處的介質(zhì)壓力下降至常壓或負(fù)壓狀態(tài)，使泵在使用過程中不泄露，適用于輸送含有固體顆粒較多的介質(zhì)，缺點(diǎn)是功率損失較機(jī)械密封大，且其一停車密封裝置的壽命就縮短。循環(huán)水泵的密封對整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)來說起著重要的作用，如水泵的密封系統(tǒng)泄漏將會(huì)嚴(yán)重影響到設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如何選擇合適的水泵密封，減少泄漏率，降低成本呢？

2 煉油廠二循循環(huán)水泵設(shè)備概況和參數(shù)

水汽車間403單元P-301A/B/C（型號(hào)：500S-59）是臥式離心泵，由蘭州水泵廠1999年制造，2000年5月投運(yùn)至今，403單元P-301D（型號(hào)：DFSS600-830A）也是臥式離心泵，由上海東方泵業(yè)2007年5月制造，2007年7月投運(yùn)至今。

4臺(tái)循環(huán)冷水泵參數(shù)如表1所示。

3 煉油廠循環(huán)水泵密封選擇分析

煉油廠水汽車間403單元循環(huán)水泵P-301A/B/C，一開始設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均采用普通石墨盤根作為密封材質(zhì)，經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，油浸石墨盤根具有耐熱性、柔軟性好、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，但它也有致命的缺點(diǎn)：表面粗糙、摩擦系數(shù)大、有滲漏現(xiàn)象，另外使用久了浸入的潤滑劑容易流失。浸油石墨棉繩盤根在水中長期浸泡會(huì)變得很硬，而且由于膨脹系數(shù)大，摩擦力較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)這樣的狀況：新修好的設(shè)備，開始運(yùn)行時(shí)軸封狀況良好，但用不了多久，泄漏量便不斷增加，經(jīng)過調(diào)整壓蓋緊固填料后泄漏量能稍小，但運(yùn)轉(zhuǎn)不到三個(gè)月，石墨盤根已經(jīng)滲漏嚴(yán)重，無法起到密封作用。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)軸套磨損或磨斷現(xiàn)象，增加了檢維修工作量和維修成本。

我們在用普通石墨盤根填料，發(fā)現(xiàn)其具有3個(gè)缺點(diǎn)：（1）盤根填料與軸套直接接觸，且相對轉(zhuǎn)動(dòng)，造成盤根填料與軸套的磨損，所以必須定期或不定期更換軸套。（2）為了使盤根與軸套間產(chǎn)生的摩擦熱及時(shí)散掉，盤根密封必須保持一定量的泄漏，而且不易控制。（3）盤根與軸套間的摩擦，造成電機(jī)有效功率降低，消耗電能，有時(shí)甚至達(dá)到5%左右的驚人比例。從填料密封的原理來看，流體在密封腔內(nèi)可泄漏的通道有三處：其一是流體穿透石棉材料造成泄漏；其二是從填料與泵體流道之間泄漏；其三是從填料與軸套表面之間泄漏。因此，防止水泵泄漏最為關(guān)鍵的措施是合理設(shè)計(jì)密封。

煉油廠二循循環(huán)水泵是煉油廠500萬噸煉油項(xiàng)目2套在線循環(huán)水裝置之一。二循循環(huán)水泵運(yùn)行的好壞將直接影響到整個(gè)煉油系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而循環(huán)水泵軸向密封的好壞同樣影響循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行，在循環(huán)水泵使用石墨盤根密封的時(shí)期就有燒毀盤根的事情發(fā)生，為保證循環(huán)水泵的穩(wěn)定運(yùn)行，如何選擇合適的水泵密封，減少泄漏量，降低檢維修成本，減少事故停車率，是設(shè)備技術(shù)人員迫切需要解決的難題之一。通過多次的探索實(shí)踐，我車間逐步實(shí)驗(yàn)對二循循環(huán)水泵軸向密封進(jìn)行了改造，使用至今，效果良好。

具體設(shè)計(jì)改造方法采用如圖所示，軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)，填料壓蓋兩端采用艾志填料412SC盤根20.6 mm×20.6 mm（填料盤根中間有塑膠紅心），形成密封骨架，填料腔體內(nèi)中間用艾志CMS-2000軟填料進(jìn)行密封，艾志CMS-2000軟填料有著盤根無法比擬的優(yōu)勢，填料腔體內(nèi)填充的是一種優(yōu)良的密封軟材料，它耐熱18 ℃～200 ℃，最大線速度8 m/s，耐腐蝕性強(qiáng)，適用介質(zhì)PH值范圍4～13，主要適用于水介質(zhì)。這種軟填料狀態(tài)為膠泥狀，黑色CMS-2000由純合成的KEVLAR纖維、高純度的石墨、PTFE、有機(jī)密封劑四種不同的材料混合組成。其中，KEVLAR纖維最大特點(diǎn)是具有極高的抗沖擊強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；高純度的石墨是美國赤士盾公司在特殊的生產(chǎn)條件下，如真空狀態(tài)下，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，能減小其內(nèi)部的摩擦，其含有的高分子硅脂主要是為了增加CMS2000的抗磨蝕能力；PTFE為聚四氟乙烯的英文縮寫；而有機(jī)密封劑是由美國赤士盾公司的專業(yè)工程技術(shù)人員研制的，專門用于CMS2000的一種獲得專利的純合成液體，能有效保證CMS2000良好的密封性能。

在離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軟填料的特殊合成纖維會(huì)纏繞在軸的軸套上，并隨軸套同步旋轉(zhuǎn)，形成旋轉(zhuǎn)層的“動(dòng)環(huán)”；在填料腔內(nèi)壁上軟填料粘附在其上，形成一個(gè)不動(dòng)的靜環(huán)。泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)使軟填料層做剪切運(yùn)動(dòng)，會(huì)使特殊合成纖維剪切后形成合成材料環(huán)，并生成許多齒或槽，組成迷宮式的間隙，對密封的介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)而起到有效的密封作用。

CMS-2000與傳統(tǒng)密封形式比較：（1）不會(huì)對軸套造成磨損，不需要更換軸套。普通的填料密封，因?yàn)檩S套與填料之間有相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，所以軸套會(huì)被磨損，需要我們經(jīng)常更換軸套，同時(shí)填料也因?yàn)槟p造成泄漏，也需要更換，一般來說填料被磨損了10%左右就需我們進(jìn)行更換了。以P-301A泵為例，該泵以前使用盤根，由于軸套磨損嚴(yán)重，每年大修4次，維護(hù)工作量較大，使用該填料一年后，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)軸套無明顯磨損。同時(shí)，由于取消冷卻水管，無冷卻水泄露。使用該填料幾年來，未發(fā)現(xiàn)明顯泄露。

（2）可在線修復(fù)，維修勞動(dòng)強(qiáng)度低。普通的填料密封在失效時(shí)，需要維修人員將設(shè)備停機(jī)，將石墨填料盤根取出后再進(jìn)行安裝，這樣會(huì)造成停機(jī)損失。軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)，在泄漏量不斷增加，但艾志填料412SC盤根良好未被甩出的情況下，對循環(huán)水泵的泄漏維修時(shí)可在設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行，可將軟填料注入口打開，接上軟填料槍后，將軟材料注入填料腔體內(nèi)，即可重新實(shí)現(xiàn)有效的密封不漏水，避免了停機(jī)維修損失產(chǎn)生的損失。

（3）避免電力的無謂損耗。普通的填料密封的密封力的來源于壓蓋將填料的軸向壓力而造成的填料的徑向擴(kuò)張力（即填料對軸的抱緊力），這就使得軸必須要克服這種密封力（抱緊力）才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，軸就必須消耗較大的功率，造成無謂的電力消耗。軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)中CMS2000材料的組成為摩擦系數(shù)極低的非金屬和液體，再加上艾志412SC填料盤根中心為塑膠紅心材料，有良好的伸縮性和低摩擦性，軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)不需要克服較大的密封力，這就意味著軸功率不會(huì)有無謂的消耗。

（4）不需要沖洗或冷卻。普通的填料密封因?yàn)樘盍吓c軸套之間產(chǎn)生較大的磨擦熱，所以需要采用冷卻水來冷卻，這樣就造成了冷卻水的消耗。CMS2000泵填縫料會(huì)形成無縫的合成材料環(huán)，型狀狀與軸套的不規(guī)則處完全吻合，對于磨損變糙的軸套依然有效，幾乎可以完全杜絕滲漏，因此泵不再需要進(jìn)行沖洗，回收沖洗液，更換軸套，節(jié)省開支，美化現(xiàn)場衛(wèi)生。

4 煉油廠循環(huán)水泵軟硬填料的安裝

填料的組合與安裝是否正確對密封的效果和使用壽命影響很大，不正確的安裝是導(dǎo)致軟硬填料密封發(fā)生過量泄漏和密封過早失效的主要原因之一。

安裝時(shí)要注意以下幾個(gè)方面的要求。

（1）離心泵填料腔體內(nèi)表面、軸套、軸表面不應(yīng)有劃傷（特別是軸向劃痕）和銹蝕，軸套應(yīng)盡量光滑，以減小摩擦，防止軟填料被擠出。

（2）硬填料環(huán)尺寸要與填料腔體內(nèi)和軸套的尺寸相協(xié)調(diào)，填料環(huán)不能任意將其變形安裝。

（3）軟填料不要壓得過多過實(shí)，否則泵啟動(dòng)后軟填料易被擠出，開泵后，如果有漏水現(xiàn)象，用軟填料槍通過填料室小孔加注軟填料，直至完全不漏水。

（4）切割硬填料412SC盤根，最好是與軸呈45°的斜口。

（5）裝填時(shí)須注意相鄰硬填料環(huán)的切口之間應(yīng)錯(cuò)開。填料環(huán)數(shù)為4～8時(shí)，裝填時(shí)應(yīng)使切口相互錯(cuò)開90°；3～6環(huán)時(shí)，切口應(yīng)錯(cuò)開120°。

（6）硬填料環(huán)全部裝完后，在擰緊壓蓋螺栓時(shí)，為使壓力平衡，應(yīng)采用對稱擰緊，壓緊力不宜過大；先用手?jǐn)Q，直至擰不動(dòng)時(shí)，再用扳手?jǐn)Q。

（7）安裝最后2圈硬填料盤根時(shí)，要用手盤動(dòng)泵軸，以手感適度為宜，不能將壓蓋螺栓擰得過緊，以免燒軸。

（8）嚴(yán)格控制軸與軸承孔、填料腔體的同軸度，還有軸的徑向圓跳動(dòng)量和軸向竄動(dòng)量，它們是填料密封具有良好密封性能的先決條件和保證。

5 密封改造后如何開停循環(huán)水泵

開循環(huán)水泵時(shí)，一定要先邊盤車邊緊固壓蓋螺栓至螺母全部帶滿絲扣，然后抹上黃油，將真空抽至泵頂部充滿液體流下，同時(shí)要在泵出口較低處增加4分或6分放空閥，并打開放空閥對泵進(jìn)行排氣處理，至到放空閥無氣排出并放水帶壓后，再緩慢開啟冷水泵出口，并注意保持出口壓力穩(wěn)定，直到將冷水泵開起來。停循環(huán)水泵時(shí)與停普通離心泵相同。

6 密封改造效果

403單元循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，對大型電機(jī)耗能將有一定的節(jié)約，節(jié)能降耗明顯；密封使用壽命長，長期無需更換，降低設(shè)備故障率；密封可在線修復(fù)，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度和停送電動(dòng)設(shè)備檢修的麻煩；不需冷卻或沖洗，不泄露，避免介質(zhì)的無謂流失，使水泵現(xiàn)場5S環(huán)境衛(wèi)生得到改善。

從降低檢修成本考慮，由于每年不再對軸套磨損、填料損壞進(jìn)行維修，更能降低生產(chǎn)維修成本，提高生產(chǎn)的綜合效益。軟填料可重復(fù)使用，用過的軟填料用水泡后與新填料混合，可重新使用，又減少了設(shè)備材料的庫存量。

總之經(jīng)過細(xì)致的運(yùn)行觀察，二循循環(huán)水泵使用軟硬填料組合密封設(shè)計(jì)后，不但能保證長周期穩(wěn)定運(yùn)行，而且大大降低了維修次數(shù)和維修費(fèi)用，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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