陳明 李玉勝 朱耀強(qiáng)(蘭州石化維達(dá)公司， 甘肅 蘭州市 730000)

加氫反應(yīng)進(jìn)料泵填料泄漏分析及處理

陳明 李玉勝 朱耀強(qiáng)(蘭州石化維達(dá)公司， 甘肅 蘭州市 730000)

對(duì)于加氫反應(yīng)進(jìn)料泵填料泄漏，從填料箱、填料材質(zhì)等幾方面進(jìn)行了分析，提出了解決措施。

加氫反應(yīng)進(jìn)料泵 填料密封 芳碳纖維填料

1 簡(jiǎn)介

柱塞泵以其工作壓力高、流量范圍大和輸出流量可變等優(yōu)點(diǎn)在煉化生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵是依靠柱塞在缸體孔內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的容積變化進(jìn)行吸油和壓油的，其工作的可靠性和壽命主要取決于三方面：摩擦副壽命，軸承的壽命以及零件的強(qiáng)度。軟填料密封作為柱塞泵中的重要摩擦副組件，直接影響著泵的工作性能和生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

加氫反應(yīng)進(jìn)料泵是生產(chǎn)加氫樹(shù)脂的核心設(shè)備。其運(yùn)行的長(zhǎng)周期性，直接關(guān)系到加氫樹(shù)脂生產(chǎn)的連續(xù)性。加氫反應(yīng)進(jìn)料泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行，是確保石油樹(shù)脂裝置連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。

加氫反應(yīng)進(jìn)料泵為立式高壓柱塞泵，參數(shù)如下表所示。

加氫反應(yīng)進(jìn)料泵參數(shù)表

2 泄漏情況的分析

（1）密封機(jī)理 對(duì)于高壓柱塞泵，填料密封是其重要組件，直接影響著泵的工作性能和裝置生產(chǎn)的正常運(yùn)行。密封部分由柱塞、填料函、填料、銅環(huán)、籠式環(huán)、壓蓋等部份組成，通過(guò)填料壓蓋將填料壓緊在軸的表面。盤(pán)根填料在柱塞的密封里起到?jīng)Q定性的作用。盤(pán)根之所以能起到密封的作用，其原理主要在于滑動(dòng)軸承效應(yīng)和迷宮密封效應(yīng)。盤(pán)根的滑動(dòng)軸承效應(yīng)是指在盤(pán)根填料和柱塞之間，會(huì)因?yàn)閺埩Φ淖饔眯纬梢粚右耗ぃ贡P(pán)根填料和柱塞形成類(lèi)似于滑動(dòng)軸承的關(guān)系，這樣盤(pán)根填料和柱塞就不會(huì)因?yàn)檫^(guò)度摩擦而出現(xiàn)磨損。盤(pán)根的迷宮效應(yīng)則是指，柱塞的表面平整程度無(wú)法達(dá)到絕對(duì)光滑，盤(pán)根和柱塞只能部分貼合而做不到完全貼合，在盤(pán)根和柱塞之間永遠(yuǎn)存在著極為微小的間隙，這些間隙就形成了迷宮帶，介質(zhì)在其中被多次節(jié)流，而達(dá)到密封的作用。

（2）填料密封計(jì)算 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五版)第3卷P10-232軟填料密封計(jì)算可知

①填料函的主要結(jié)構(gòu)尺寸。填料截面寬(正方形)S：主填料S=10mm，副填料S=7mm；主填料高度H=129mm，副填料高度H=28mm。

②壓緊填料所需力計(jì)算。壓蓋壓緊填料所需力Q按式(2-1)確定：

式中：y為壓緊力，MPa，取y≈3．5MPa； D為填料箱內(nèi)壁直徑，cm，取D=7．08cm； d為軸徑，cm，取d=5．08cm；

由式(2-1)計(jì)算得壓緊壓蓋所需力Q=6681．92N。

(3)摩擦功率．填料與轉(zhuǎn)軸間的摩擦力Fm按式(2-2)計(jì)算：

經(jīng)過(guò)計(jì)算，主填料與柱塞間的摩擦力Fm=18004．917N。

在填料箱的整個(gè)填料高度內(nèi)，側(cè)壓力的分布是不均勻的，從填料壓蓋起到襯套止的壓力逐漸減小。因此，填料箱中的摩擦功率P可按式(2-3)近似計(jì)算：

式中：v為圓周轉(zhuǎn)速，v=πdn，m/s；n為軸的轉(zhuǎn)速，r/s，

n=1475r/min=24．58r/s；d為軸徑，m，d=0．0508m。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，填料箱中的摩擦功率P=70．63kW。

②密封填料的改進(jìn)

a．填料箱內(nèi)填料受力及補(bǔ)償情況。填料密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，但也有不足之處，主要有以下幾點(diǎn)：受力問(wèn)題——加氫反應(yīng)進(jìn)料泵運(yùn)行時(shí)，介質(zhì)液體排量不均衡，填料的徑向力分布與介質(zhì)壓力分布不一致，填料承受較大的沖擊載荷，這就要求填料具有很大的徑向力才能達(dá)到所需的密封結(jié)果。該泵采用硬度較高的減壓環(huán)來(lái)間隔填料，以使壓力降沿軸向較均勻地分布。其中柱塞規(guī)格為φ50．8mm×450mm，材質(zhì)為38CrMoAL，通過(guò)滲氮處理，表面拋光，使其具有高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度和相當(dāng)大的強(qiáng)度。減壓環(huán)材質(zhì)為磷青銅，耐磨、耐腐蝕，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。減壓環(huán)起著定位和支撐柱塞的作用，同時(shí)在軸向力作用下壓緊填料，減小間隙。

自動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題——隨著填料的磨損，填料與柱塞表面的間隙不斷增大，會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)泄漏量的增加，這就要求填料耐磨。

散熱性差。該泵填料函外側(cè)帶有溢流管，可解決散熱性差的問(wèn)題。

b．填料的材質(zhì)。柱塞泵在2014年以前所使用的是戈?duì)柼盍?，該填料由GFO纖維編織而成，其中包括聚四氟乙烯纖維、石墨等，在2014年至2015年7月期間使用了3次，使用有效期均在1個(gè)月左右。主填料使用10×10mm戈?duì)柋P(pán)根，副填料使用7×7mm戈?duì)柋P(pán)根。

經(jīng)過(guò)對(duì)填料的磨損情況的分析，認(rèn)為密封失效的原因有：

①該填料耐磨性差，在使用過(guò)程中，填料沖洗上接口處直徑18mm的溢流管線時(shí)有堵塞現(xiàn)象，拆卸管線第一道閥門(mén)時(shí)能夠發(fā)現(xiàn)有填料殘?jiān)氯y門(mén)法蘭；

②密封填料切割質(zhì)量較差，根據(jù)柱塞與填料函的尺寸，將填料于45°切下，安裝時(shí)填料的切口應(yīng)平行、整齊，安裝時(shí)切口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)90°。停泵檢修拆卸時(shí)可以發(fā)現(xiàn)有部分填料從切口處直接壓毀而部分填料切口處結(jié)合緊密，這樣也就造成了填料整體在使用時(shí)與柱塞之間的間隙增大的速率較快，繼而泄漏較快。

2014年4月1日，更換為碳纖維與高強(qiáng)芳綸纖維編制而成的新型填料后，7月6日泄漏過(guò)大需進(jìn)行更換；2015年1月20日將此填料進(jìn)行更換，4月17日泄漏過(guò)大需進(jìn)行更換，由以上兩次更換后運(yùn)行情況顯示碳纖維與高強(qiáng)芳綸纖維編制而成的新型填料使用周期可提高到2個(gè)半月左右。之后2015年7月14日至2016年8月10日裝置停工大檢修，共更換3次，其中該填料最長(zhǎng)使用時(shí)長(zhǎng)為9個(gè)月。該填料由碳纖維為基礎(chǔ)材料，四角包覆高強(qiáng)芳綸纖維，交叉編織而成。其中填充膨脹石墨、提高了導(dǎo)熱性能；四角包覆芳綸纖維使整體盤(pán)根機(jī)械強(qiáng)度提高，耐磨性加大，膨脹系數(shù)縮??；摩擦系數(shù)低、化學(xué)穩(wěn)定性好；耐高溫，能在一定軸線工況下使用。同時(shí)該填料的切口平行、整齊，不需人工切割，直接使用。

(3)戈?duì)柋P(pán)根與四角芳綸碳纖維盤(pán)根對(duì)比：

戈?duì)柋P(pán)根與四角芳綸碳纖維盤(pán)根對(duì)比表

通過(guò)以上對(duì)比，在溫度190℃，富含C15、C20、Cl-1、OH-1的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中，在最大流量條件下B-602A泵出口壓力最高可達(dá)17MPa；柱塞最大在運(yùn)行速度為1．7m/s，成型四角芳綸碳纖維盤(pán)根更加適用于加氫反應(yīng)進(jìn)料泵。

3 總結(jié)

通過(guò)以上分析，采用機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨性大、摩擦系數(shù)低的芳碳纖維填料，作為該泵的密封填料較理想。在檢修時(shí)更換填料的同時(shí)更換減壓環(huán)及柱塞，在運(yùn)行時(shí)及時(shí)調(diào)節(jié)壓蓋預(yù)緊力及檢查清理溢流管線的堵塞情況均可延長(zhǎng)該泵的使用周期。

[1]加氫反應(yīng)進(jìn)料泵使用說(shuō)明書(shū)

[2]成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(第五版)第3卷

[3]郝木明 過(guò)程裝備密封技術(shù) 中國(guó)石化出版社

[4]彭旭東 改善高壓柱塞泵的軟填料密封《石油化工設(shè)備技術(shù)》1998年第19卷第2期

[5]劉永利 高壓柱塞泵填料密封失效原因及解決辦法《水泵技術(shù)》1993年第4期