張慶雪

(催化劑齊魯分公司設(shè)備工程部，山東 淄博 255300)

1 FCC催化劑生產(chǎn)主要離心泵密封技術(shù)及其冷卻沖洗方案

中國石化催化劑齊魯分公司是中國石油化工行業(yè)催化裂化催化劑(以下簡稱FCC催化劑)主要生產(chǎn)基地。FCC催化劑生產(chǎn)工藝主要是以Y型分子篩為活性組元，其制備分為NaY分子篩合成和改性兩個(gè)過程，Y型分子篩再與基質(zhì)黏結(jié)后噴霧干燥成型，經(jīng)焙燒、過濾洗滌、氣流干燥制備成為催化劑成品。

由于制備分子篩和催化劑所使用原材料性質(zhì)不同，形態(tài)各異，同時(shí)在分子篩晶化、催化劑成膠等工序中還會(huì)形成流動(dòng)性差、粘度大、腐蝕性強(qiáng)的膠體或漿液，這就需要各種規(guī)格型號(hào)和性能特點(diǎn)的泵類設(shè)備輸送物料。目前，公司FCC催化劑生產(chǎn)過程中主要輸送泵有離心泵、三柱塞高壓泵、軟管泵、單隔膜計(jì)量泵、磁力泵等，此文主要討論的是在用離心泵的密封技術(shù)及其冷卻沖洗方案在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在的問題，對(duì)問題進(jìn)行分析并提出改進(jìn)建議。

依據(jù)主軸封類型進(jìn)行分類，公司應(yīng)用的離心泵主要類型有：

(1)動(dòng)力密封泵。主要是CB系列砂漿泵，其采用的是K1型動(dòng)力密封，帶有冷卻水接口。動(dòng)力密封也可叫做副葉輪動(dòng)力密封，就是在葉輪背后的密封腔里加裝了一個(gè)副葉輪，隨軸一起轉(zhuǎn)，動(dòng)，副葉輪產(chǎn)生的壓力會(huì)將葉輪背面的壓力抵消掉，從而不讓液體流過來起到密封的作用，停泵時(shí)靠停車密封(一般是唇型密封圈)實(shí)現(xiàn)密封，因?yàn)橥＼嚂r(shí)副葉輪動(dòng)力密封不起作用。動(dòng)力密封一般用在機(jī)械密封難以保證的場合，比如帶顆粒、腐蝕性強(qiáng)的工況條件下。動(dòng)力密封及冷卻沖洗裝置示意圖見圖1。

圖1 動(dòng)力密封及冷卻沖洗裝置示意圖

(2)機(jī)械密封泵。在用機(jī)械密封泵型號(hào)系列較多，又可細(xì)分為內(nèi)裝式機(jī)封，外裝式機(jī)封，雙端面集裝式密封等，絕大多數(shù)配套了冷卻沖洗裝置，少量未配置附屬的冷卻沖洗機(jī)構(gòu)。機(jī)械密封是由一對(duì)或者數(shù)對(duì)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置，依靠彈性構(gòu)件和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸表面，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)端面緊密貼合，密封端面之間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的，這層液膜具有流體動(dòng)壓力與靜壓力，起潤滑和平衡壓力的作用。機(jī)械密封特點(diǎn)是泄漏量小，壽命長，摩擦小，功耗低，可自動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償，應(yīng)用范圍廣，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，拆裝較麻煩，成本較高。內(nèi)裝式機(jī)封和外裝式機(jī)封示意圖見圖2、圖3。

圖2 內(nèi)裝式機(jī)封

圖3 外裝式機(jī)封

(3)填料密封泵。填料密封主要應(yīng)用在清水泵上，使用正常泄漏的清水帶走摩擦熱并發(fā)揮一定潤滑作用。密封填料是彈塑性體，當(dāng)受到軸向壓緊后，產(chǎn)生摩擦力致使壓緊力沿軸向逐漸減少，同時(shí)所產(chǎn)生的徑向壓緊力使填料緊貼于軸表面而阻止介質(zhì)外漏。填料密封泄漏較多，壽命短，磨損多，需手動(dòng)調(diào)整壓緊，功耗較大，應(yīng)用范圍窄，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝，成本低廉。填料密封示意圖見圖4。

圖4 填料密封示意圖

(4)無主軸封泵。離心泵的無主軸封泵主要是磁力泵，磁力泵磁力傳動(dòng)器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離套組成，當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁場能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì)，帶動(dòng)與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的無接觸同步傳遞，將容易泄露的動(dòng)密封結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為零泄漏的靜密封結(jié)構(gòu)。由于泵軸、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被泵體、隔離套完全封閉，從而徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題，且無需獨(dú)立冷卻沖洗裝置，降低了水耗。

2 存在的主要問題及原因分析

(1)冷卻水進(jìn)入介質(zhì)問題。FCC催化劑生產(chǎn)中部分原材料及物料不允許密封冷卻水進(jìn)入輸送介質(zhì)，但實(shí)際離心泵卻存在冷卻水進(jìn)入介質(zhì)問題。

1)K1型動(dòng)力密封應(yīng)用設(shè)計(jì)和使用前提就是允許冷卻水進(jìn)入介質(zhì)的。動(dòng)力密封在離心泵工作時(shí)，停車密封與軸套之間存在間隙，是負(fù)壓狀態(tài)，通入的冷卻水正好通過軸套表面，冷卻水會(huì)直接進(jìn)入輸送介質(zhì)，從而對(duì)輸送介質(zhì)品質(zhì)產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)绊懏a(chǎn)品質(zhì)量。

2)現(xiàn)場使用的雙端面集裝式密封有專門的冷卻水出入口，配套葉輪無副葉輪不形成負(fù)壓，理論上不應(yīng)該有冷卻水進(jìn)入介質(zhì)，但是該集裝式密封在接觸介質(zhì)一側(cè)有一缺口，當(dāng)通入冷卻水時(shí)，經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，事實(shí)上就形成了冷卻水是一個(gè)進(jìn)口，兩個(gè)出口，部分冷卻水依然會(huì)進(jìn)入介質(zhì)。

(2)冷卻水高進(jìn)低出問題。K1型動(dòng)力密封泵冷卻水接管大量存在冷卻水高進(jìn)低出問題，這樣不能充分發(fā)揮有效的冷卻潤滑效果或者需要大量冷卻水才能發(fā)揮良好的冷卻效果。見圖5。

(3)動(dòng)力密封在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)密封壽命很短，為了延長密封壽命，公司技術(shù)人員和檢修人員將動(dòng)力密封停車密封部分改造為169-50型外裝式機(jī)械密封，且改造數(shù)量較多。改造中，技術(shù)人員和檢修人員付出了較多努力，169-50機(jī)械密封采用的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，密封盒、軸套、冷卻沖洗裝置，都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，改造之后，延長了密封壽命，但是外裝式密封泄漏方向和冷卻水甩出方向都是離心力方向，造成改造泵冷卻水四溢，泵體下側(cè)及底座水垢很多，為了防止冷卻水四處飛濺，多采用膠板進(jìn)行遮蓋，很不美觀。見圖5、6。

圖5 改造后動(dòng)力密封

圖6 用膠板遮蓋的改造泵

(4)冷卻沖洗方案不合理，浪費(fèi)水源問題。當(dāng)前催化劑齊魯分公司需要冷卻水的離心泵基本都是獨(dú)立配置冷卻水管線，采用的是新鮮工業(yè)水，部分輸送溶液和和清液的離心泵本無需配置冷卻水，卻也配置了冷卻水管線，在一定程度上造成了工業(yè)水的浪費(fèi)。

(5)離心泵密封壽命較短問題。根據(jù)美國石油協(xié)會(huì)API682標(biāo)準(zhǔn)要求，機(jī)械密封壽命在有規(guī)律的泄漏條件最低為3年，而催化劑齊魯分公司機(jī)械密封和動(dòng)力密封等主要密封形式壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到此標(biāo)準(zhǔn)，密封壽命短是有很多客觀原因的，密封的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用都是重要影響因素，但延長密封壽命仍是應(yīng)該認(rèn)真研究并落實(shí)的工作。

3 應(yīng)對(duì)方法和建議

針對(duì)上述方面問題，經(jīng)過綜合分析，作者建議從以下三個(gè)方面開展工作加以改進(jìn)。

3.1 重視離心泵設(shè)計(jì)選型工作

在滿足流量、揚(yáng)程、材質(zhì)的前提下，選擇設(shè)計(jì)合理，質(zhì)量可靠，貼合輸送介質(zhì)特性的的密封形式，綜合考慮，動(dòng)力密封合適，還是機(jī)械密封合適，機(jī)械密封是內(nèi)裝式，還是外裝式，是單端面還是雙端面，是單彈簧還是多彈簧，以及動(dòng)靜環(huán)材質(zhì)，以及是否允許冷卻水進(jìn)入輸送介質(zhì)，只有經(jīng)過詳細(xì)的調(diào)研，審慎的選擇密封形式，才能從源頭上治理上述問題。

適宜的優(yōu)質(zhì)的機(jī)械密封在生產(chǎn)中壽命達(dá)到一年以上應(yīng)當(dāng)作為常規(guī)的目標(biāo)壽命，也可以在滿足使用條件的前提下推廣使用只有靜密封的磁力泵。選擇適當(dāng)?shù)拿芊庑问?，可以杜絕冷卻水進(jìn)入輸送介質(zhì)影響產(chǎn)品質(zhì)量問題，可以避免大量的密封改造工作以及改造引起的現(xiàn)場管理問題。

密封也要配套合理的冷卻沖洗方案，在滿足使用條件的前提下可以推廣使用已經(jīng)在用的WB2系列密封，不用外加冷卻水；在滿足使用條件下可以推廣自身循環(huán)冷卻沖洗結(jié)構(gòu)，見圖7，這樣可以盡可能的減少工業(yè)水消耗。

圖7 自身循環(huán)冷卻沖洗結(jié)構(gòu)

3.2 加強(qiáng)離心泵檢修過程管理

圖8 CB系列動(dòng)力密封冷卻水出入口

動(dòng)力密封泵冷卻水高進(jìn)低出是會(huì)影響密封壽命的，CB系列動(dòng)力密封正確的冷卻水出入口見圖8，檢修人員應(yīng)該確保冷卻水管路向上溢流，對(duì)細(xì)節(jié)工作應(yīng)引起足夠重視。

機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)安裝人員水平要求更高。彈簧壓緊必須適宜，密封端面不得有細(xì)小顆粒，各輔助靜密封點(diǎn)也要確保密封可靠等等，提高檢修人員專業(yè)素養(yǎng)，確保密封安裝乃至設(shè)備安裝的質(zhì)量是延長離心泵密封壽命的重要一環(huán)。

3.3 加強(qiáng)離心泵使用過程管理

正確的操作和維護(hù)也是延長密封壽命的必要條件。有些設(shè)備開停車比較頻繁，操作工應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)備操作規(guī)程進(jìn)行操作，先盤車后開機(jī)，先開冷卻水后開機(jī)，及時(shí)清理密封周圍料垢等等，不按操作法進(jìn)行操作對(duì)密封的損害都是不可逆的，一次違規(guī)操作也會(huì)嚴(yán)重影響密封壽命。

4 結(jié)束語

離心泵是FCC催化劑重要的生產(chǎn)設(shè)備單元，做好離心泵密封選型、安裝、使用維護(hù)和檢修，是確保離心泵現(xiàn)場管理規(guī)范，高效運(yùn)行，節(jié)能降耗的重要基礎(chǔ)工作，應(yīng)當(dāng)引起重視。