梁毅凌

（山西焦化集團有限公司，山西 洪洞 041606）

1 技術(shù)背景

山西焦化集團有限公司焦油加工廠焦油蒸餾裝置引進法國IRH 公司技術(shù)，于2005 年9 月建成投產(chǎn)，焦油加工能力設計為30 萬t/a（設計無水焦油加工負荷38 t/h）。

該裝置引進美國ITT Vogel 瀝青輸送泵2 臺，該設備是焦油蒸餾的主要設備，用途是將初餾單元汽提塔內(nèi)的中溫瀝青（密度1 120 kg/m3，溫度380 ℃～400 ℃），輸送至改質(zhì)瀝青裝置，該設備的運行直接影響焦油加工裝置的安全穩(wěn)定生產(chǎn)。

美國ITT Vogel 瀝青輸送泵為臥式離心泵，泵體采用蒸汽保溫及冷卻水夾套，密封形式采用填料成型環(huán)密封，該密封形式結(jié)構(gòu)簡單，維修難度不大且使用周期較長，相比較國內(nèi)其它的機械密封結(jié)構(gòu)(帶循環(huán)液冷卻泵站)，具有穩(wěn)定性較強，維護成本較低的優(yōu)勢。

從裝置投產(chǎn)之日起，該設備已連續(xù)運行14 年。2019 年檢查發(fā)現(xiàn)該設備泵軸、葉輪、副葉輪、軸套磨損嚴重，致使填料密封泄漏頻繁，日均更換填料密封1 次～3 次，系統(tǒng)穩(wěn)定運行非常困難，同時，由于現(xiàn)場瀝青泄漏嚴重，存在高溫瀝青煙氣易著火的安全隱患。

由于美國ITT Vogel 瀝青輸送泵已停產(chǎn)，備件無法采購。經(jīng)了解，目前ITT 工業(yè)集團的機械密封結(jié)構(gòu)高質(zhì)泵，一套機械密封費用約為15 萬元，單臺設備采購價格約為150 萬元（包含易損件1 套），備件費用較高。

同時，經(jīng)考察調(diào)研國內(nèi)相關(guān)設備廠家及焦油加工生產(chǎn)單位，發(fā)現(xiàn)其高溫瀝青泵的使用效果均不佳（國內(nèi)主要為帶循環(huán)液冷卻泵站的機械密封結(jié)構(gòu)），機械密封檢修也較為頻繁。

為此，放棄采購ITT 工業(yè)集團的機械密封結(jié)構(gòu)高質(zhì)泵和國內(nèi)高溫瀝青泵，開展了瀝青輸送泵動力密封技術(shù)攻關(guān)，本次研究的方向為泵體采用保溫/冷卻夾套，同時結(jié)合泵類設備動力密封思路進行研究實施。

2 詳細技術(shù)內(nèi)容

2.1 基本原理

動力密封由副葉輪、副葉片（又叫背葉片）、固定導葉和停車密封裝置等組成。副葉片的作用是減低泵腔的壓力，達到平衡軸向力和防止顆粒進入密封裝置的目的。

2.2 零部件選材

原ITT 泵的主要零部件材質(zhì)為德國牌號，口環(huán)、鍵、軸、軸套材質(zhì)為1.4462，葉輪、副葉輪、泵蓋、連接體等材質(zhì)為1.4517。考慮到工藝工況，通過查找中外鋼材牌號對比，部件材質(zhì)采用成分與國外相近的材質(zhì)。

2.3 實施范圍

本次研究改造瀝青輸送泵為2 臺，包含泵座、電機（電機采用佳木斯電機Y180M-4，22 kW，防爆等級ExdⅡBT4，防護等級IP55，50Hz）、主要傳動易損件（包括泵軸、葉輪、軸套、一級副葉輪、連接段、二級副葉輪），電氣控制系統(tǒng)利用原有變頻控制系統(tǒng)。

3 主要創(chuàng)新點

在本次研究改造中，如第172 頁圖1 所示，將動力密封總成替換離心泵常規(guī)的機械密封總成。設備運轉(zhuǎn)時，離心泵工作葉輪與起密封作用的副葉輪同軸旋轉(zhuǎn)，工作葉輪泄漏出來的液體流到副葉輪后，通過副葉輪作用產(chǎn)生的壓力，與泄漏液體的壓力在副葉輪頂端與密封總成內(nèi)端面處達到平衡，從而使泄漏液體起到密封作用。在停泵時，副葉輪動力密封不起作用，泵內(nèi)液體壓力較小，泄漏到副葉輪的液體通過成型環(huán)密封進行密封。

圖1 動力密封示意圖

4 實施效果

P212B 瀝青輸送泵于2020 年8 月8 日投入運行，截至2021 年6 月16 日連續(xù)運行7 465 h，設備各項運轉(zhuǎn)指標均正常，滿足焦油加工裝置滿負荷運行（現(xiàn)無水焦油加工負荷提高至39.5 t/h，比原設計加工量提高1.5 t/h）。瀝青輸送泵剖面簡圖，如圖2所示。

圖2 瀝青輸送泵剖面簡圖

5 解決的關(guān)鍵技術(shù)問題

將動力密封總成替換離心泵常規(guī)的機械密封總成，在停泵時，副葉輪動力密封不起作用，泵內(nèi)液體壓力較小，泄漏到副葉輪的液體通過停車密封進行密封。

6 經(jīng)濟效益分析

通過此次技術(shù)改造，有效降低了設備維修率及備件采購費用。原美國ITT Vogel 瀝青輸送泵（填料成型環(huán)密封）資產(chǎn)原值約為220 萬元/臺，每年易損部件費用需要約25 萬元/臺。

按照現(xiàn)有國產(chǎn)化瀝青輸送泵采購價格約為25 萬元/臺，每年易損部件費用約5 萬元/臺測算，在設備采購方面，節(jié)約資金195 萬元/臺，按照設備運行模式（一開一備），年可節(jié)約備件費用約20 萬元。

同時，在穩(wěn)定焦油加工負荷方面，焦油加工量比設計可提高1.5 t/h,每年可增加無水焦油加工量約12 600 t（排除年檢修時間15 d 計算）。

7 社會效益分析

通過技術(shù)攻關(guān)，消除了現(xiàn)場瀝青泄漏積存易燃的安全隱患，解決了瀝青煙氣的現(xiàn)場安全環(huán)保隱患，降低了操作工的勞動強度，優(yōu)化了作業(yè)環(huán)境，有效保護了職工的人身安全，減少了職業(yè)病的發(fā)生。同時，提高了設備的長周期穩(wěn)定運行，降低了設備維修頻次。據(jù)統(tǒng)計，國產(chǎn)化前2019 年1～8 月份泄漏頻繁時，每天更換填料密封達1～3 次，8 個月僅填料密封備件費用就達8 萬元。

設備的國產(chǎn)化技術(shù)攻關(guān)，解決了困擾公司焦油加工裝置安全穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸，滿足生產(chǎn)工藝對該設備的迫切需求，節(jié)約了大量維修資金，帶動焦油加工行業(yè)技術(shù)水平的提升。

8 推廣應用情況及前景

國內(nèi)在煤焦化工生產(chǎn)系統(tǒng)中，在進口設備及其零部件的使用方面，由于存在設備部件供貨周期時間長、產(chǎn)品升級采購困難、采購價格高等諸多因素，給生產(chǎn)裝置正常運轉(zhuǎn)和成本管理帶來了極大的影響。

本次新型動力密封高溫瀝青泵，相比較其它高溫泵的優(yōu)點在于采用動力密封，取消了復雜的機械密封+循環(huán)油站冷卻系統(tǒng)，降低操作難度，延長泵的使用周期，動力密封泵的易損件較少，從而降低了設備的檢修成本和運行成本。

該動力密封在高溫瀝青輸送泵國產(chǎn)化技術(shù)研究的成功運用，為同類型的高溫泵的選型提供技術(shù)支撐，尤其在國內(nèi)相關(guān)煤化工裝置的高溫泵的應用方面，具有較強的推廣應用價值。