干气密封在甲醇泵上的应用
1、干气密封简介
1.1、干气密封的结构
干气密封是可控间隙的非接触式机械密封,密封端面间为气膜。干气密封可满足高PV值、长寿命和高可靠性的要求。
干气密封即“干运转气体密封”（Dry Running gas seals）是将开槽密封技术用于气体密封的一种新型轴端密封，属于非接触密封。干气密封有多种结构形式,但其基本原理同机械密封一样,是通过垂直于旋转轴线的一对或多对密封端面来实现密封。动环通过轴套固定在旋转轴上,并随轴一起旋转,静环安装在密封端盖(壳体)中,如图1所示。
图1 干气密封结构示意
干气密封的工作原理详见真空技术网另文介绍。干气密封的核心技术是其端面开槽技术。目前国内外密封制造企业比较常用的槽形有单向旋转螺旋槽、双向旋转T槽、双向旋转半圆槽、单向旋转八字螺旋槽等。
1.2、干气密封的分类
近年来,干气密封的应用日益普及,不仅大型透平离心压缩机上普遍采用干气密封,在一些装置的关键泵上,尤其是利用液封很困难的泵上,也开始采用干气密封。
泵用干气密封从结构上大致分为3类:
(1) TM11A型干气密封:采用“气体阻封”替代传统的“液体阻封”,在密封低温、易挥发类介质时具有极高的可靠性;
(2) TM11B 型干气密封: 采用两套干气密封串联布置,中间充密封气。对工艺介质无污染,能够保证泵送工艺介质的高纯度;
(3) TM02C型干气密封: 干气密封与接触式机械密封串联使用,机械密封为主密封,干气密封为备用密封。主密封失效后,干气密封短时间内起到主密封作用,防止工艺介质向大气泄漏。
2、干气密封在P2202 A/B泵上的应用
2.1、P2202 A/B泵简介
P2202 A /B泵是中石化安庆分公司化肥部低温甲醇冲洗装置上再吸收塔循环泵,介质为富H2S甲醇,设备型号: 10×12-21N,它是卧式单级泵,采用机械密封。泵的工艺参数如表1所示。
表1 P2202泵工艺参数
2.2、P2202 A/B泵密封改造
P2202 A/B泵原机械密封为国外进口机械密封,如图2所示。密封液采用乙醇,由于泵的工艺介质(甲醇)中含有较多的杂质颗粒(大多由于管道腐蚀所产生) ,使得机械密封的摩擦副端面磨损严重,机械密封寿命很短,需经常对甲醇泵机械密封进行更换,造成维修工作量大、维修费用高。在这种情况下, 2008年4月对甲醇泵机械密封进行改造。
图2 P2202泵机械密封结构示意
由于密封液和介质均属易汽化物质,并且介质中含有很多杂质,对普通机械密封容易产生负面影响,根据该泵的工艺参数以及实际工况的特点,提出以下两点改造方案:
(1)为克服介质易挥发造成机械密封端面干摩擦,主体密封采用干气密封, 密封型式选择TM11A型干气密封(图3、图4) ,从而不受介质汽化的影响,同时通过主密封气体的过滤控制,使得干气密封的端面接触的是干净气体。
图3 P2202泵干气密封结构示意 图4 P2202泵干气密封控制系统示意
(2)为使介质的杂质不影响干气密封的正常工作,采用了前置缓冲液进行冲洗,为使结构简单,直接利用泵出口过滤后的干净介质作为缓冲液,同时在泵介质与密封缓冲液之间增加一道螺旋密封,以阻隔杂质不进入缓冲液,保护干气密封正常工作。
原机壳上各个孔口也作相应调整,对应关系如表2所示。
表2 机壳孔口对应关系
干气密封工作时,主密封气压力为0.7MPaG的管网低压氮气,经过滤器过滤后,气体的过滤精度达到1μm,经自立式压力调节阀、流量计进入密封腔体。为保证泵安全工作,当氮气的压力低至0.4MPaG时,由自立式调节阀后安装的压力开关仪表控制甲醇泵联锁停机。
干气密封的前置缓冲是从泵的出口管路引过来的介质液体—甲醇,经过滤器过滤掉所含的杂质颗粒后,充入干气密封的前置缓冲液腔,以保护干气密封的密封端面不会被泵内脏的介质污染。
2.3、改造效果
P2202泵干气密封自2008 年10 月投用至今,运行情况良好,各项技术参数均在控制范围以内。
P2202泵干气密封控制系统仍有可改进之处:
(1)由于甲醇冲洗装置的介质含杂质颗粒物较多, P2202泵的前置缓冲液只有一路过滤器,当它堵塞时,必须停机清洗过滤器。建议采用一开一备两个过滤器并联,当一路过滤器堵塞时,可以切换到另一路,而不会因此停机;也可在过滤器前加1个大的粗过滤器,延缓过滤器的堵塞。
(2)在P2202泵的平衡管处和缓冲液孔板后应各加装1块压力表,缓冲液和主密封气压力的调节都可以根据这两块压力表的值调到干气密封工作需要的理想状态。
3、结语
目前,干气密封在甲醇泵上的应用还少,但在液态烃等泵上的应用已开始推广。虽然干气密封的成本远高于机械密封,但是它能长周期的运行使其运行维护成本和机械密封相比大大降低,特别是在高度强调健康、安全、环保的今天,干气密封表现出了突出的优越性。
