环己烷循环泵机械密封改造20101206.doc

环已烷循环泵机械密封改造 徐建明 陈啸 杨超 赵岩 （ 己内酰胺事业部环己酮车间，湖南 岳阳414007） 摘要：针对环己烷循环泵所采用的金属波纹管机械密封容易爆裂的问题，从工艺状况入手，分析了机械密封容易损坏的原因以及危害后果，提出了新的改造方案，实际应用证明，改造后的机械密封能够满足生产的要求。 关键词：机械密封，波纹管，单弹簧　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 引言 环已烷是重要的化工原料，它可以制造环己酮、尼龙66和尼龙6的单体，是很好的工业溶剂，还可以用作精油的萃取剂。 某苯加氢装置以苯、氢气为原料，在镍系均相催化剂作用下生成环已烷，主反应器的介质循环输送采用了离心泵。作为装置运行的关键，其操作条件：介质为流量,进口压力为.5Mpa，出口压力为.8Mpa，0℃，泵的转速r.p.m.,介质密度.774x103kg/m3。该泵的冲洗设计为外冲洗，冲洗℃的冲洗Mpa。从操作条件中可知，该泵的密封处于高温、高压和中运行，运行工况苛刻。Mpa的压力下，通过裂口产生的喷射泄漏很容易引起火灾、人员中毒等重大安全事故。为了避免事故发生，保证生产正常运行，组织相关人员和单位进行了技术攻关，提出了相应的修改意见和措施。 4.机械密封技改方案 为了避免循环泵出现喷射泄漏的问题，决定采用单弹簧机械密封取代原有的金属波纹管机封，该机械密封的设计应满足该高温、高压、颗粒夹带的工况，进行有针对性的设计。 采用大弹簧作为机械密封的补偿元件，减少颗粒介质对弹簧的堵塞问题，保证在运行过程中机械密封的补偿性和追随性。大弹簧处是一个开放的空间，如果停车后有颗粒介质的堆积，该开放性的空间有利于颗粒在冲洗液的作用下带走到泵输送液介质中。 弹簧材料选用0Cr17Ni7Al,该材料不仅能耐介质的腐蚀，而且在200～250℃高温下，长久运行弹簧不失弹、不变形。热处理后0Cr17Ni7Al材料的剪切弹性模量G高达80000MPa。 处理流体含有固体颗粒，因此摩擦副配对采用硬对硬配对，即采用硬质合金对硬质合金，避免固体颗粒对软质端面的快速磨损。 动环辅助密封圈材料选用Kalrez橡胶，它既耐介质腐蚀又不会产生高温失弹、老化、磨蚀现象。 静环的结构形式基本不变，静环辅助密封圈仍然采用填充PTFE材料的密封垫，通过螺钉与压盖组装成一体，安装方便。 压盖与密封腔处的密封仍然采用垫片形式，这样方便对泵进行调整，便于泵的检修和维护。 弹簧座与轴套采用紧定螺钉固定，而轴套与轴之间传动仍然采用键传动，安全可靠。弹簧座与动环之间采用拨叉传动，弹簧座带动弹簧、动环与轴一起旋转。预装时，这些旋转件可以组装在一起，现场安装、拆卸十分方便。 为了给机械密封提供良好的工作环境，冲洗液的压力高于介质压力，工作时，使颗粒介质远离密封摩擦副。冲洗Mpa，在冲洗口处，设计有一液体分配环，它可以使冲洗液均匀地在密封环四周提供均匀的冲洗液，能有效地防止颗粒介质在重力作用下在密封腔底部的堆积。 由于改进后的机械密封的摩擦副的位置更加靠近冲洗口，因此冲洗液能更有效地带走端面的摩擦热、防止颗粒堆积。 采用了平衡型机械密封结构，载荷系数经计算为0.68。 泵主机停车后有少量颗粒介质在重力作用下会沉积到密封腔，为了防止停车后，固体颗粒进入密封端面之间，该密封弹簧比压设计得比一般机械密封要大些。 改进后的机械密封的结构示意图如图2所示。机械密封结构简单、紧凑，装拆方便易行，非常适用于苯加氢装置循环泵的特殊工况，该机械密封不会发生像焊接金属波纹管那样的喷射性泄漏。 1、轴套 2、轴套密封圈 3、弹簧座 4、紧定螺钉 5、弹簧 6、动环组件 7、动环O型圈 8、静环组件 9、静环密封垫 图2 新的机械密封示意图 5.机械密封设计计算 弹簧刚度c和弹簧力F计算公式如下： 式中：c—弹簧刚度； D—弹簧中径； d—丝径； n—工作圈数； F—弹簧力； H1—弹簧压缩高度； 将弹簧中径，丝径，工作圈数和带入公式（1），得到。将弹簧压缩高度 带入公式（1），得到。 载荷系数计算公式如下： 式中：k—载荷系数； do—轴套外径； d1—动环摩擦副的内径； d2—动环摩擦副的外径； 端面面积计算公式如下： 式中：A—端面面积； 将，， 带入公式（3）、（4）分别得到 、。 弹簧比压及端面比压计算公式如下： 式中：ps—弹簧比压； pc—端面比压； λ—端面液膜反压系数； △p