副叶轮密封在液尿泵中的应用场景与优势

某三聚氰胺厂使用的液尿泵的轴密封采用成型石墨环填料密封，自从单机试运转以来，密封的使用效果一直不理想，对此曾采取过多种措施，但使用效果均未得到明显改善。后来，设备组人员共同努力，自行设计了由机械密封来替代填料密封并付诸实施，但使用效果亦不太理想。轴封频繁失效，不仅使维修费用大大增加，且因大量剧毒介质泄漏而造成工作环境严重污染。经多方考察，翻阅大量的技术资料，针对液尿的工作条件，决定采用西安泵阀总厂有限公司生产的副叶轮密封熔融尿素泵，并取得了较好的工业应用。

1.工况条件及原密封结构

液尿泵型号为125FN-100，主要作用是把尿素洗涤塔塔釜的液尿送至尿素洗涤塔顶用来洗涤工艺气体，并将小部分的液尿送至流化床反应器的喷嘴参加反应，生成产品三聚氰胺，副产物氨气及二氧化碳气体。其主要参数为；扬程80m，流量200m³/h，电动机功率90kW，泵转速为2900r/min，介质温度131～135℃。

该系列泵最初使用的是长沙水泵厂有限公司的液尿泵，密封采用成型石墨环填料，如图3-43所示。自单机试运转以来，石墨环填料的压紧程度就很难掌握。由于柔性石墨材料有热膨胀性，压得稍紧，轴套和石墨环就会摩擦产生热量，如冷却水不能将热量完全带走，将产生热量积累，导致温度上升，石墨环因温升膨胀使轴封越来越紧，造成摩擦力越来越大，轴套与石墨环的摩擦加剧，将造成温升、摩擦的恶性循环，最终导致轴套与石墨环的磨损加剧而损坏，电动机超负荷而过流保护起跳，进而导致泵的“水锤”现象发生。如填料压盖压得太松将导致介质从轴封处泄漏严重，且石墨环较硬，三聚氰胺为固体颗粒，都对轴套损伤较大，每次检修均能发现轴套有不同程度的磨损。由于泄漏介质混合冷却水使液尿凝固，导致填料频繁失效，不得不频繁更换填料及轴套，且泄漏严重。

图3-43 填料密封结构

1—叶轮 2—泵盖部件 3—胶管接头 4—填料环 5—填料 6—填料压盖 7—轴套

根据图3-43所示的填料密封结构，分析密封失效的根本原因有以下几个方面；石墨柔性填料的热膨胀性致使填料压得不可能太紧；液尿遇冷却水温度降低而凝固，使得填料环外面的两道石墨填料变硬而失效；液尿介质中含有三聚氰胺固体颗粒，易损伤轴套；柔性石墨材料较硬，易损伤轴套。

2.副叶轮密封

（1）性能特点 副叶轮密封是一种非接触性密封。理论分析结果表明，该密封在正确合理的设计范围内具有如下性能特点；

1）性能可靠。非接触型密封的主要密封元件不存在磨损，只要耐介质腐蚀，就能保证长周期运转，密封性能可靠，无需维护。

2）必须装停车密封。一般使用的橡胶油封、聚四氟乙烯成型圈、填料等简单易行，但在整个运转期内皆与轴套接触，轴套与填料都会产生磨损。近年来，出现了多种机械式的停车密封，它亦采用一对摩擦副，在正常运转时摩擦副自动脱开，当设备转速低于某值时，摩擦副会自动合上，保证了停车的密封，但结构复杂。

3）功率消耗大。副叶轮密封是靠产生反向压头进行工作的，它势必会消耗部分能量。泵采用副叶轮密封，其效率明显下降。若泵进口压力较高时，除使用背叶片外，还需增加副叶轮个数和加大副叶轮直径，导致泵结构加大，密封消耗加大，长期运行很不经济。(www.xing528.com)

4）应用范围。副叶轮密封适用于处理高温介质、强腐蚀性介质、颗粒含量大的介质、易结晶的介质，特别适用于机械密封和填料密封不易解决的场合。

（2）结构设计 针对熔融尿素的工艺特点，采用图3-44所示的副叶轮密封装置，其主要特点是；

图3-44 副叶轮密封结构

1—叶轮螺母 2—泵体部件 3—键 4—叶轮 5—管接头 6—隔板 7—副叶轮 8—O形圈 9—泵盖部件 10—胶管接头 11—填料环 12—填料 13—填料压盖 14—轴套

1）叶轮设计有背叶片，另装有一个副叶轮。利用背叶片和副叶轮带动密封腔内的流体高速旋转产生离心力，此力与工作叶轮产生的压力方向相反，以至减小或完全消除导致泄漏的压差。这样可减轻其他密封处的负荷或达到无泄漏。

2）装有专门的停车密封。因为副叶轮密封需依靠旋转产生离心力，故在设备停车时，必须有停车密封装置。该设备熔融尿素泵采用中间一个密封环，里外各两道浸聚四氟乙烯石棉填料的方式。

3）开、停车操作复杂。在开、停车时，必须压紧填料压盖螺栓，使填料处于密封状态，打开冷却水系统。正常运转时，松开填料压盖螺栓，填料处于脱离摩擦状态，此时关闭冷却水。考虑到副叶轮密封技术首次在液尿泵上使用，为避免意外情况的出现，对该泵密封产品的可靠性和稳定性进行了充分的考察和验证。首先从理论上、设计上进行充分的研究和考查，翻阅了大量的技术资料，在西安泵阀总厂有限公司进行了大量的设计和性能试验工作。泵出厂前又进行了稳定性试验，完全达到了设计要求，证实了该密封结构设计的合理性和可靠的密封性能。

3.应用效果

将新的熔融尿素泵RB125-100-250安装在三聚氰胺装置上，实现单机试运转、试生产、生产运行稳定，未发生泄漏。虽然因工艺原因装置已进行多次停车，但由于停车采取了合理的工艺操作，起动后轴封运转状况良好，未出现意外泄漏情况。采用副叶轮密封后，液尿泵的介质泄漏已完全消除，大大减少了更换轴封的次数，节省维修费用超万元，并保证了生产安全。可见，副叶轮密封在液尿泵上采用后不仅彻底解决了原来液尿泵存在的泄漏严重、使用寿命短、检修频繁等问题，而且产生的经济效益也十分可观，且大大降低了维修工人的劳动强度。

4.小结

原用液尿泵的石墨环填料密封难以操作，磨损严重，填料使用寿命短，泄漏严重，维修工作量大。采用熔融尿素泵，不仅实现了工艺介质泄漏的大大降低，达到了国家标准，消除了对环境的污染，而且使用周期大大延长，维修费用降低，可以实现健康、环保、安全和高效生产的现代要求，值得在液尿行业及相关工业领域推广应用。