化工用鼓风机密封修复及性能对比

2020-05-28卢栋林王崇国胡启峰

中国化工贸易·下旬刊 2020年1期

卢栋林　王崇国　胡启峰

摘要：迷宫密封是流体机械中应用非常广泛的一类非接触式密封。迷宫密封被做成各种形状的曲折通道，通过增加流体流动的局部动能损失来减少流体的泄漏量。为了防止大型进口二氧化硫鼓风机备件行业垄断和减少检修成本，针对风机密封泄露问题，技术人员对密封结构和材料进行了认真分析和研究，通过多次实验，成功的加工出了自制密封，代替原有进口密封。新密封安装后，消除了鼓风机故障，增加了风机出口流量，提高了风机运行效率，减小了风机振动，降低了风机噪音，节约了成本，缩短了检修时间，延长了风机使用寿命。

关键词：鼓风机;密封;修理

0 前言

冶炼烟气制酸工艺的核心设备是二氧化硫鼓风机，该设备的平稳可靠运转，是整个制酸系统稳定运行的保障。[1]国内制酸企业使用的二氧化硫鼓风机，大多数进口西门子公司的设备以及配套软硬件产品。进口二氧化硫鼓风机国外技术垄断，使国内企业在设备维护方面缺乏主动性，鼓风机检修完全依靠国外技术和外国工程师，因此增加了检修成本，延长了检修时间，很大程度上影响了企业运行的经济性。

金川公司化工厂通过理论研究和长期实践摸索，在进口二氧化硫鼓风机国产化技术改造和工艺匹配化技术改造方面大胆创新，勇于尝试，系统研究了大型进口二氧化硫鼓风机性能优化技术，打破了国外技术垄断和封锁，降低了进口设备维护费用，提高了维护主动性与计划性。

1 鼓风机轴封泄漏改进的技术研究

1.1 迷宫密封的机理

迷宫密封是在转轴周围设若干个依次排列的环行密封齿，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，被密封介质在通过曲折迷宫的间隙时产生节流效应而达到阻漏的目的[2]。

迷宫密封是流体机械中应用非常广泛的一类非接触式密封。迷宫密封被做成各种形状的曲折通道，通过增加流体流动的局部动能损失来减少流体的泄漏量。[3]气体从高压侧以极高的流速流经节流窄缝，再进入迷宫腔膨胀，从而消耗气体流经窄缝形成的动能，如此经过多次节流和膨胀产生阻力，阻止气体向外泄漏，因此达到密封的目的。[4]

迷宫密封特点：

①尽量使烟气的动能转化为热能，而不使余速进入下一个间隙。齿与齿之间应保持适当的距离，或用高-低齿强制改变气流方向。理论上要求齿间距一般为5～9mm;[5]

②密封齿要做得尽量薄，并带锐角。齿尖厚度应小于0.5mm，运行中偶尔与轴相碰时，齿尖会先磨损而脱离接触，不会因摩擦出现轴的局部过热而造成事故;[6]

③对密封材料的基本要求是具有一定的力学性能、弹性、适当硬度、耐高温和低温、与工作介质相适应、耐氧性和耐老化性好、耐磨损、易于成形加工。[7]

1.2 风机密封情况分析

該风机密封安装于蜗壳与转子主轴之间，为迷宫式碳环密封结构。该二氧化硫鼓风机正常运行时，已发现密封有泄漏现象，经过对密封间隙实际测量，发现其间隙为 0.58mm。而说明书要求的迷宫密封的设计径向间隙为0.314～0.428mm，实测间隙值超出设计间隙范围，因此需要对迷宫密封进行技术处理。

1.3 密封改造

该二氧化硫鼓风机为进口设备，而设备备件的及时供应是制约正常生产的重要因素，过多的依赖进口备件，只会制约化工厂连续生产。由于检修工期较紧，再加上该设备投用多年，结构特殊，国外原供应商已经很少对该设备批量生产备件。供应的备件也是按需加工，不会有库存，申报备件需要有充足的时间。此时能合理实施备件国产化改造或代用是非常有必要的，在时间上和经济上都是非常有利的。

轴封国产化的可行性分析：

首先，随着国家改革开放和经济发展，我国目前已经有较高的机械加工能力与技术水平。[8]金属材料领域的发展也非常迅速，各种合金的加工厂家与研究单位越来越多。[8]铝合金密度低，塑性好，强度高，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，接近或超过优质钢，广泛使用于航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中。[9]

其二，化工厂技术人员在2008年时曾对一台国有风机密封做过改造，改造后试用效果较好。因此技术人员对照之前的改造图纸，从迷宫密封的机理、参数测量、设计等方面进行了综合分析和计算，重新加工出一套迷宫密封（工程图见图1，现场图见图2）。

计算方法如下：

H/R=0.0225，b/R=0.0015，h1/R=0.05，h2/R=0.0275，t1/R=0.0775，t2/R=0.02，t3/R=0.0325，L1/R=0.3，L2/R=0.058，s/R=0.0015～0.004，R为200mm。

S实际加工数据为0.38mm（在说明书中要求的间隙0.314～0.428mm范围内）。

1.4 密封改造后效果对比

密封改造后，设备运行平稳，生产系统各项指标运行正常，并实现了达产达标[10]，表1为风机带负荷运行改造前后技术指标对照表：

除对运行数据进行比较外，技术人员对二氧化硫鼓风机前、后运行状况与特性曲线也做了对比（图3），结果如下：

改造前后二氧化硫鼓风机性能参数对比分析结论：

改进前风机运行工况点用图3中蓝色圆点表示，改进后风机运行工况点用图3中红色圆点表示。从二氧化硫鼓风机性能曲线图表中看，改进前风机虽然在性能曲线要求范围内运行，但从Q-T曲线看，运行工况点已经接近风机性能曲线范围边缘;从Q-P曲线看，出口压力却达不到工艺要求。改进后运行工况点，温度由原来的78℃下降到52℃左右，出口压力增加到180mbar左右，不仅在性能曲线范围内运行，而且工况点已经非常接近风机高效运行区（图3中阴影部分）。

改进后的二氧化硫鼓风机在接近高效区域内运行，对设备的长期稳定运行提供了可靠的保证，提高了机器的效率。

二氧化硫鼓风机流量增大。改进后二氧化硫鼓风机流量保持在140000Nm3/h左右，基本在风机设计流量附近运行，从运行参数的检测情况来看，二氧化硫鼓风机虽然在设计最大工况下运行，但是风机本体及各附属设备的运行效果良好，轴的振幅保持在40μm以下，相比改进前的振动数据有大幅下降。

2 结论

风机迷宫密封改进后，机器运行效果良好，各项指标及效率均有所改进。增加了风机出口流量，提高了风机运行效率，减小了风机振动，降低了风机噪音，节约了成本，缩短了检修时间，延迟了风机使用寿命，达到了二氧化硫鼓风机整体性能提高的目的。

通过对比检修前后机器运行参数，证明本次密封改造是成功的，为以后进口设备的备件国产化奠定了一定的基础，具有一定的技术推广价值。

参考文献：

[1]顾永泉.流体动密封[M].北京：中国石化出版社，2004.

[2]赵斌等.基于CFD技术的阶梯型迷宫密封的结构优化[J].润滑与密封，2008（10）：66-69.

[3]王炜哲，刘应征，叶春等.迷宫密封内部结构尺寸对泄露量的影响[J].机械工程学报，2007（3）：22-27.

[4]李志刚，李刚，丰镇平.迷宫密封泄漏特性影响因素的研究[J].西安交通大学学报，2010（3）：16-20.

[5]刘卫华，林丽，朱高涛.迷宫密封机理的研究现状及其展望[J].流体机械，2007（35）：35-39.

[6]李志刚，郎骥，李军等.迷宫密封泄漏特性的试验研究[J].西安交通大学学报，2010（3）：49-64.