脱硫工序的氨水泵是云南解化清洁能源开发有限公司解化化工分公司湿式烟气脱硫工序的关键设备,有2台,型号为IHE80-50-250,是襄阳五二五泵业有限公司生产的。
氨水泵是单臂单级悬臂式离心泵(以下简称氨泵),转速2970 r/min,电机功率22 kW,流量50 m3/h,扬程60 m,入口压力为常压,出口压力为0.5 MPa,介质为污氨水(浓度为12%~22%,含少量酚类及粉尘颗粒)。密封采用平衡型双端面密封,从2009年2月投入运行后,机械密封(以下简称机封)泄漏失效的故障发生较多,对2009—2013年29次机封失效进行统计发现,动、静环密封面磨损严重,内、外机封的静环密封面失效分别占5次和2次,在密封失效中占比例较大,分别占到了17.2%和6.9%。
原因分析
(1)机封用冷却水硬度高,含微量颗粒
离心泵机封用冷却水一般采用流动且无杂质的软水,冷却水在动静环密封面上形成一层非常薄的液膜,同时带走机封运行时产生的热量,延长机封寿命。而本公司氨泵机封用冷却水为的钙镁离子含量较高的硬水,且含有微量的颗粒(水处理系统中的吸附剂碎渣)。水垢会影响机封内弹簧性能的正常发挥,且弹簧越小影响越明显,另外水中的颗粒一旦进入密封面,必定导致密封面磨损加剧,是密封面磨损严重的主要原因。
(2)轴向窜动
氨泵用电机为Y系列三相交流电动机,联轴器采用梅花弹性联轴器,氨泵在停、启动时产生的轴向窜动量使机封端面比压值产生较大的变化,当轴向窜动量过大时会导致一端动环或静环被压坏。对多个使用过的轴套进行收集对比后发现,轴套上有宽为3~12 mm的明显磨损区域,其中最深的有0.8 mm。
改造措施
因为本公司在该生产区域内未铺设无杂质的软水系统管线及冷却设施,故不具备条件对冷却水系统进行改造,需从机封方面进行改造。
1. 取消内机封,采用外机封
将原来的平衡型双机封改为单端面机封,撤销叶轮端的机封,运行1 d后发现机封端盖温度有上升趋势;运行2 d后,机封端盖表面温度升至50 ℃,之后端盖表面温度上升较快;运行3 d后机封泄漏失效。
检修检查发现:密封面磨损严重,动环密封面有明显的凹槽,静环密封面有裂纹,O型密封圈粗细不一且松弛。失效原因分析:氨水中的杂质颗粒在离心力作用下积集在机封周围,加剧了密封面的磨损,产生的热量能使氨水中的氨迅速挥发,挥发的氨气把机封和冷却水隔离开来,这是机封温度从缓慢上升到急速飚升的主要原因。
2.采用集装式机封
公司在采用外机封失败后,又采用了广州某设计院设计的一种将密封动环做成规则形状的双端面机械密封,在较小的空间内集成2套机械密封,使密封在高速运动时保持较高的动平衡水平,并配合使用美国石油学会标准《API682用于离心泵和回转泵——轴封系统》规定的PLAN52及PLAN53系统。采用该集装式的机封后,氨泵运行100 d后机封出现微泄漏(2~6滴/min),140 d后机封泄漏失效。集装式机封因其特殊的结构及运行原理,很大程度上削弱了冷却水对机封寿命的影响,提高了机封的使用寿命。
3.对轴、轴套等进行改造
通过对轴、轴套等进行改造,将脱硫工序的工艺水泵的大弹簧式单端面机封运用在氨泵上。大弹簧式单端面机封比小弹簧式机封有以下优势:同等轴窜动时,大弹簧变化的空间较大,削弱瞬间冲击力强;直径较大的弹簧环绕在轴套上,运转时避免了介质中灰尘颗粒的积集,同时降低了氨的挥发率。
通过对轴套的改进,大幅度降低了机封的安装难度,同时延长了机封的使用寿命;采用自我冷却的方式进行改造,消除了外供冷却水的费用;使用与工艺水泵同一型号的机封,还降低了公司机封备件的储备量。
改造效果比较
(1)原装单机封的运行时间2~5 d,改为集装式机封后,运行时间延长至100~140 d,大弹簧式延至150 d以上。
(2)3种机封的使用费用分别为原装单机封320元、集装式机封750元、大弹簧式机封240元,大弹簧式机封费用最低。
(3)3种机封的故障查找难度数集装式最难,其他两种都较简单;机封更换都较简单。
(4)3种机封只有集装式机封有冷却水,每年的冷却水费用为4000元。
(5)3种机封每年的维护费用分别为:原装单机封2万元以上、集装式机封6250元、大弹簧式机封1000元。
通过不断地改造,氨泵使用大弹簧式机封后,运行效果非常好,不仅提高了氨水泵的运行率,还消除了因氨泵泄漏对环境的影响,降低了生产成本;运用此原理,已成功对另一工序的浓缩泵进行改造,运行效果较好。