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        無(wú)水機(jī)械密封在磷化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

        2019-05-09 01:49:04白保生
        肥料與健康 2019年1期
        關(guān)鍵詞:集裝紅磷密封面

        白保生,陳 虹

        (云南云天化股份有限公司紅磷分公司 云南開(kāi)遠(yuǎn) 661699)

        云南云天化股份有限公司紅磷分公司(以下簡(jiǎn)稱紅磷分公司)的主要產(chǎn)品為磷酸一銨、磷酸二銨、復(fù)合肥料等系列磷化工產(chǎn)品,生產(chǎn)原料涉及磷酸、硫酸、氟等強(qiáng)腐蝕性介質(zhì),因此,生產(chǎn)過(guò)程中的泄漏控制始終是核心工作,而耐磨蝕離心泵的軸密封是泄漏控制工作的重點(diǎn)及難點(diǎn)。紅磷分公司在泵密封件的選擇上先后使用過(guò)內(nèi)置單(雙)面、外置單(雙)面、HTM集裝式等機(jī)械密封,在泄漏點(diǎn)的控制上取得了顯著的成效,但仍然存在一定的問(wèn)題。此外,機(jī)械密封都需用冷卻水,不但造成了一次水資源的消耗,而且現(xiàn)場(chǎng)冷卻水排放會(huì)影響周?chē)h(huán)境。為逐步推進(jìn)節(jié)能降耗目標(biāo),紅磷分公司不斷尋求新技術(shù),通過(guò)對(duì)目前較為先進(jìn)的HTM集裝式機(jī)械密封進(jìn)行局部改進(jìn),取消了機(jī)械密封冷卻水,為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、綠色文明生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。

        1 機(jī)械密封概述

        機(jī)械密封是由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用及輔助密封的配合下,保持貼合并且相對(duì)滑動(dòng),構(gòu)成防止流體泄漏的一種裝置,通常采用端面密封形式,一般用作泵類(lèi)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸密封,由主要部件(動(dòng)環(huán)、靜環(huán))、輔助密封件(密封圈)、彈力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(彈簧、推環(huán))和傳動(dòng)件(彈簧座或固定螺釘)四大部件組成。機(jī)械密封的旋轉(zhuǎn)端在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),處于介質(zhì)中的彈簧本身受到離心力影響而很容易發(fā)生變形,而強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)在強(qiáng)烈攪動(dòng)下對(duì)彈簧更加不利;靜止端主要承受摩擦、溫度及腐蝕的影響。無(wú)論是旋轉(zhuǎn)端還是靜止端都是機(jī)械密封中最為主要的零配件,其性能直接關(guān)系到密封的效果及使用壽命,因此,對(duì)密封環(huán)的材料、結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、表面加工質(zhì)量等都有較高的要求。

        2 普通機(jī)械密封應(yīng)用情況

        2.1 單端面內(nèi)置機(jī)械密封的應(yīng)用

        單端面只有1個(gè)密封面,其冷卻液為泵體內(nèi)介質(zhì),無(wú)冷卻水,其主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 單端面內(nèi)置機(jī)械密封主要結(jié)構(gòu)

        單端面內(nèi)置機(jī)械密封在紅磷分公司主要用于輸送濃硫酸、硫酸銨等與水能產(chǎn)生強(qiáng)烈反應(yīng)且本身比較潔凈、無(wú)懸浮顆粒的化工原料的離心泵,機(jī)械密封的彈簧、支座、密封件等直接與酸接觸,長(zhǎng)期承受腐蝕及離心力的影響,使用工況條件惡劣,容易產(chǎn)生密封失效,給生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行及環(huán)境保護(hù)帶來(lái)很大的影響。

        2.2 雙端面內(nèi)置機(jī)械密封的應(yīng)用

        雙端面內(nèi)置機(jī)械密封有2個(gè)密封面,靠近泵葉輪端的密封面用于防止輸送介質(zhì)從軸端泄漏,另一端用于防止機(jī)械密封冷卻水泄漏。該機(jī)械密封需用冷卻水降溫,冷卻水在機(jī)封室內(nèi)形成一定壓力(0.3~0.5 MPa)以平衡泵內(nèi)介質(zhì)壓力。雙端面內(nèi)置機(jī)械密封主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

        1、7.靜止環(huán)O形密封圈 2、6.動(dòng)、靜環(huán)密封面 3、5.動(dòng)環(huán)O形密封圈 4.密封蓋(法蘭盤(pán))墊圈圖2 雙端面內(nèi)置機(jī)械密封主要結(jié)構(gòu)

        雙端面內(nèi)置機(jī)械密封在紅磷分公司主要用作輸送含有懸浮顆粒的濃磷酸、洗滌液等耐磨蝕泵的軸端密封,在使用過(guò)程中通常存在以下問(wèn)題。

        (1) 機(jī)械密封需要冷卻水冷卻摩擦面,若發(fā)生水管堵塞、水管接頭脫落等故障時(shí),短時(shí)間內(nèi)就會(huì)發(fā)生機(jī)械密封燒損現(xiàn)象,導(dǎo)致輸送介質(zhì)從軸端向外噴灑。

        (2) 密封件經(jīng)長(zhǎng)期磨損、腐蝕而失效后,冷卻水就會(huì)進(jìn)入泵內(nèi)與濃磷酸、洗滌液等介質(zhì)混合,即出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。內(nèi)漏現(xiàn)象不易發(fā)現(xiàn),雖然不會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染,但會(huì)使磷酸、洗滌液濃度降低,影響生產(chǎn)控制指標(biāo),嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量事故。

        (3) 存在水資源消耗,冷卻水外排影響周?chē)h(huán)境。

        3 無(wú)水機(jī)械密封的應(yīng)用

        3.1 應(yīng)用概況

        針對(duì)普通機(jī)械密封在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題,紅磷分公司成立專門(mén)的技術(shù)攻關(guān)小組,通過(guò)與機(jī)械密封生產(chǎn)企業(yè)的合作并結(jié)合實(shí)際工況條件,對(duì)HTM集裝式機(jī)械密封的動(dòng)、靜密封環(huán)進(jìn)行了改進(jìn),得到WHS系列無(wú)水集裝式機(jī)械密封,其外形及結(jié)構(gòu)如圖3所示。

        WHS系列無(wú)水集裝式機(jī)械密封自2017年11月投用以來(lái),設(shè)備運(yùn)行正常,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到改造要求,解決了紅磷分公司長(zhǎng)期存的離心泵軸密封難題,不僅節(jié)省了一次水,而且為綠色文明、低碳環(huán)保生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

        3.2 無(wú)水機(jī)械密封的設(shè)計(jì)

        機(jī)械密封冷卻水主要用于移除動(dòng)、靜密封環(huán)在相對(duì)高速滑動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的熱量,所以無(wú)水機(jī)械密封首先要解決移除動(dòng)、靜密封環(huán)摩擦而產(chǎn)生的熱量問(wèn)題。通過(guò)不斷研究和試驗(yàn),從2個(gè)方面可以完全解決摩擦發(fā)熱問(wèn)題。

        1.靜環(huán)密封圈 2.摩擦副 3.動(dòng)環(huán)密封圈 4.壓蓋密封圈 5.軸套密封圈圖3 WHS系列無(wú)水集裝式機(jī)械密封外形及結(jié)構(gòu)

        (1) 結(jié)構(gòu)上采用單端面集裝形式,充分利用輸送介質(zhì)(濃磷酸、洗滌液)來(lái)吸收熱量。

        (2) 對(duì)動(dòng)、靜環(huán)的材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)。普通機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)的材質(zhì)為碳化硅-碳化硅、碳化鎢-碳石墨、三氧化二鉻Cr2O3-碳石墨等,具有耐磨、堅(jiān)硬等優(yōu)點(diǎn),但在相對(duì)摩擦運(yùn)動(dòng)中必然會(huì)產(chǎn)生較大的熱量。而碳化硅+碳合金材質(zhì)不但繼承了碳化硅耐磨、堅(jiān)硬的特性,而且在密封面間會(huì)形成很薄的碳粉末以達(dá)到潤(rùn)滑密封面的效果,從而極大地減少了動(dòng)、靜環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量。

        3.3 無(wú)水機(jī)械密封與普通機(jī)械密封的對(duì)比

        以LC50/350型耐磨蝕離心泵為例,無(wú)水機(jī)械密封與普通機(jī)械密封使用情況對(duì)比如表1所示。

        表1 無(wú)水機(jī)械密封與普通機(jī)械密封使用情況對(duì)比

        密封形式適用介質(zhì)存在問(wèn)題密封失效因素使用周期/月年運(yùn)行費(fèi)用/(元·臺(tái)-1)單端面機(jī)械密封 濃硫酸、硫酸銨等無(wú)懸浮顆粒液體 密封件長(zhǎng)期承受腐蝕影響,使用壽命短長(zhǎng)期磨損、過(guò)熱損壞、化學(xué)腐蝕49 000雙端面機(jī)械密封 含有懸浮顆粒的濃磷酸、洗滌液等 水資源消耗高,容易出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象,易引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量事故長(zhǎng)期磨損、過(guò)熱損壞、化學(xué)腐蝕49 000無(wú)水機(jī)械密封可適用于各種液體操作控制嚴(yán)格,不允許“打空泵”運(yùn)行長(zhǎng)期磨損、化學(xué)腐蝕57 200

        由表1可知,新型的WHS系列無(wú)水集裝式機(jī)械密封應(yīng)用于磷化工生產(chǎn)具有顯著的優(yōu)點(diǎn),不但能延長(zhǎng)設(shè)備使用周期、降低生產(chǎn)成本,而且能節(jié)約水資源,避免出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象,防止由此導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量事故發(fā)生。

        紅磷分公司使用無(wú)水機(jī)械密封以來(lái),極大地改善了現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境,降低了水資源消耗,延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命,為保護(hù)生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)綠色文明生產(chǎn)提供了有力保障。

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