脱水塔进料泵机械密封密封形式优化

乔豪杰，胡金平，宫 卿

(兖矿鲁南化工有限公司，山东 滕州 277527)

1 设备概况

图1 设备结构简图

某公司醋酸工段脱水塔进料泵为单极卧式悬臂离心泵，泵主要材料为Zr702/705C材料，泵轴材料为HB2合金。设备生产厂家为美国Flowserve，设备型号为SCE4×6×10L，额定流量96m3/h，最大流量123.5m3/h，扬程58m，泵入口压力0.2MPa，出口压力0.8MPa。

该泵设备结构简图见图1。

2 设备密封系统

P1403B脱水塔进料泵机械密封为美国Flowserve公司生产的集装式机械密封，机械密封为串联双端面密封。根据附件[1]中相关介绍，泵机械密封密封型式为API32+54，其密封液及冲洗液采用吸收醋酸进料泵输送的液体，其压力为0.4～0.5MPa。密封形式见图2、图3。

图2 API 32密封型式

图3 API54密封型式

3 使用状况

脱水塔进料泵在使用过程中出现以下问题：

(1)因为醋酸介质特性，在环境温度低于16.6℃，容易结冰，因此做为密封液的醋酸通常都有伴热辅助系统，保证密封液投运正常。脱水塔进料泵采用的为集装式机械密封，机封无伴热，一旦密封液不流动形成死区，密封液极易在机械密封的密封腔内结冰，造成机封泄露。

(2)机封内侧密封液密封型式为API32，通过调节阀门开度来调节机封冲洗液流量及压力，不易操作。如果阀门开度过大，将造成冲洗液量过大，影响吸收醋酸进料泵的运行性能，严重时造成吸收系统波动，甚至造成跑碘事故。

因为泵的密封系统不符合现有工况，导致脱水塔进料泵运行状况不稳，严重影响系统长周期稳定运行，因此需对泵的密封方式进行优化。

4 优化方案

脱水塔进料泵输送介质为醋酸、碘甲烷等醋酸液体，无固体颗粒物杂质。介质温度为140～150℃。

为避免冲洗液量波动造成系统操作不稳定，同时为避免其他介质对泵输送液体造成污染，把密封方式由API32优化为API11方式。即改为循环液从泵出口经过流量控制孔板到达密封，冲洗液流进密封腔中临近密封面的地方，冲洗密封面后液流返回到泵中。API11密封形式见图4。

图4 API11密封方式

参照文献[2]中介质温度对温度场的影响及密封压力对端面温升的影响,其密封腔内温升约10℃，密封腔内温度约150-160℃。脱水塔进料泵机械密封密封圈为Kalrez 6375UP材料全氟醚材质，耐热基准值为275℃，能够满足现有工况。

机械密封外侧弹簧座表面无驱动效环，动静环密封面在运行过程中无泄漏，不会造成密封液流失，综合考虑，外侧机械密封密封方式依旧采用API54密封。

5 限流孔板制作

API11密封需加限流孔板，其内部限流孔板内径d0按照文献[3]《管路限流孔板的设置》标准进行计算，按照下式计算：

(1)

式中：Q——工作状态下体积流量;

C——孔板流量系数；

d0——孔板孔径；

ΔP——通过孔板的压降；

γ——工作状态下的相对密度。

查询附件[4]，冲洗液流量为7.9lpm，质量流量为2.1gpm，γ为0.92239，液体粘度μ为0.184cp。

查询文献[5]，机械密封冲洗液压力取0.45MPa，则孔板压降为0.35MPa。

自回流管道选用1/2inch sch40s管道，查询文献[6]，其外径为21.3，壁厚为2.77mm。

孔板流量系数根据文献3得

图5 限流孔板系数C与Re、d0/D关系图

把值带入4-1式，

经计算得d0为3.37mm。为保证密封液流量及实际加工情况，拟加工孔板孔径3.5mm。

3 使用效果

车间在2019年2月对泵集装式机械密封冲洗密封方式进行改造，在泵出口管线开孔，然后配管接至冲洗液管口。其配管线路图按照图6施工。

改造后，设备连续运行1年，脱水塔进料泵运行稳定，机械密封使用正常未出现泄漏。密封液运行正常，供给密封液的吸收醋酸进料泵运行正常，未出现因吸收系统波动。

图6 API11自冲洗配管示意图