摘要：结晶循环泵是蒸发结晶工艺结晶工段的重要旋转设备，泵用机械密封为关键零部件，密封装置的正常是设备长周期安全运行的保障。通过对比循环泵用单端面和双端面机械密封的运行效果，得出改进型机械密封装置是安全可靠的，产生了良好的综合效益。
1 引言
结晶系统主要处理蒸发后的超高浓盐水；采用“机械式循环再压缩(MVR)”工艺。流程是蒸发来水进入结晶器，物料由结晶器底部进入结晶循环泵，循环泵加压后进入结晶加热器，物料加热后循环进入结晶器，升温后的物料由结晶器底部进出盐泵、离心机脱盐，结晶循环泵进口压力为6米静压，出口压力0.2MPa，流量3600m3/h。介质温度98℃-102℃，氯离子含量14000-18000 mg/L，TDS242265 mg/L，TSS10259 mg/L，还含有钙、镁等。
结晶循环泵为轴流泵，其作用是将物料加压实现结晶器、结晶加热器之间循环。此泵原始设计为单端面密封水冲洗方案为PLAN32，PLAN32方案优点是外部引入一种清洁流体冲洗密封端面，可以防颗粒，防气化，防高温，防腐蚀性，是解决单端面最好的方案。缺点是需要现场有合适的冲洗流体，并且消耗量大；会稀释或污染泵送物料，增加结晶器处理水量。根据此方案的优缺点来看，结晶循环泵使用PLAN32并不是最优方案，此机封前期设计是多弹簧、材质316L，密封材料是碳化硅与碳环。结晶物料温度高且密度不稳定，极易气蚀，震动大冲击性较强，碳环在此工况下容易破碎，造成泄露停车，另多弹簧设计在此工况下容易出现物料结晶导致弹簧失效造成泄露停车，材质选用不合理316L，在氯离子16000mg/l、温度98o的工况下，冲洗流体稍有波动弹簧就会腐蚀失效造成泄露。
根据现场工况2018年将动静环全部更换为硬质合金（耐冲击强、不易破碎，密封效果不如碳环），在结晶工况下较为适用，弹簧更换为大弹簧（较多弹簧的优势是不易被物料卡涩失效），材质升级为2205，经改造后解决了碳环密封易碎、弹簧结晶失效、腐蚀问题（改造前最长运行40天左右，短的运行2天。改造后可运行1年或更长时间）。
2 两种机械密封材质改造前后使用的综合对比
改造前单端面机械密封与改造后双端面材质升级后机械密封的经济性对比：根据已记录设备台账统计
表1 改造前后机封消耗数量对比
经过记录对比，2015年12月至2016年9月两台泵共消耗17套机械密封，2017.9至今31个月共消耗13套机封。改造前平均33.75天更换一套机封，改造后（先改弹簧，后改造密封材料）2017.9-2018.10共11个月两台泵共消耗8套机封平均97.5天更换一套，较之前使用时间提升了2倍。2018.10月至今18个月两台泵共消耗5套机封平均216天，较之前使用时间提升了2倍。单次检修更换机封约36小时，每小时处理废水12吨，检修需存放432吨，改之前一年需停车11次有4752吨浓盐废水无法处理。改造后一年因机封问题停车1.68次有725吨废水无法处理，相对于改造之前一年多处理4027吨废水。以上只计算了备件损耗未计算人工成本，单次检修结晶循环泵需6名钳工1名起重配合共7人，36小时4.5个工日单次检修共31.5个工日，改造前需346个工日，改造后全年需52.9个工日节省293个工日，用工每人日工资300元一年可节约87900元。
原始设计为单端面密封水冲洗方案为PLAN32，冲洗水进入结晶系统，结晶系统的目的是将蒸发后的浓盐水经过处理以固废的排出。但PLAN32的冲洗水进入结晶系统后会将浓盐水稀释，增加装置的浓盐水处理压力。冲洗水控制在压力0.1MPa，管径DN20经过大概计算每小时可进系统一吨除盐水，一年按8000小时运行消耗8000吨除盐水，结晶系统多处理8000吨除盐水。将PLAN32冲洗方案改为PLAN54冲洗方案。可将冲洗水外置排放，避免除盐水进入结晶系统，一年可多处理8000吨浓盐水，结晶处理1吨浓盐水为25元一年可节约费用200000元（20万元），虽然单端面机械密封在材质升级后运行稳定但与双端面机械密封相比在经济性上并没有优势。
综上所述，单端面机械密封及其32冲洗方案是不适合该工段的工艺和设备要求，未能保证循环泵长周期安全运行，严重影响工艺的稳定，对其改进势在必行。
3机械密封结构和冲洗方案
针对循环泵的特点和工艺情况，该泵采用单端面的机械密封型式是不合适的，介质为高浓度盐水，对材料有较强的腐蚀性，故，密封结构上要考虑采用密封元件受保护的结构，避免腐蚀性介质过多接触密封元件，因为盐类介质会结晶，摩擦副材料易选用硬对硬。单端面结构会造成盐类介质泄漏，采用帯压的54冲洗双端面机械密封是合适的。
现用机械密封为单端面结构，缺点明显，使用效果差，采用32冲洗，造成大量水进入工艺，给结晶蒸发带来更多的损耗。采用帯压54系统冲洗方案，既能保证密封可靠运行，冲洗水循环利用，循环水不进入工艺中，不会对工艺产生任何不良影响。一下为单端面和双端面的结构示意图和32冲洗和54冲洗方案的对比。
P54冲洗系统方案
双端面机械密封为泵轴轴向有两个密封端面，两端面之间为有压力的循环水，这个密封水的压力要高于泵腔盐水压力0.1——0.2MPA，这样盐水就不会泄露出来，密封端面只是对干净的冲洗水阻漏。端面处在良好的润滑和干净的水中，磨损小寿命长。密封接触盐水的金属材料选用耐腐的双相不锈钢。
4 两种机械密封使用的综合对比
改造前单端面机械密封与改造后双端面机械密封的经济性对比：根据已记录设备台账统计
表1 改造前后机封消耗数量对比
经过记录对比，2015年12月至2016年9月两台泵共消耗17套机械密封，2017.9至今31个月共消耗13套机封。改造前平均33.75天更换一套机封，改造后（先改弹簧，后改造密封材料）2017.9-2018.10共11个月两台泵共消耗8套机封平均97.5天更换一套，较之前使用时间提升了2倍。2018.10月至今18个月两台泵共消耗5套机封平均216天，较之前使用时间提升了2倍。单次检修更换机封约36小时，每小时处理废水12吨，检修需存放432吨，改之前一年需停车11次有4752吨浓盐废水无法处理。改造后一年因机封问题停车1.68次有725吨废水无法处理，相对于改造之前一年多处理4027吨废水。以上只计算了备件损耗未计算人工成本，单次检修结晶循环泵需6名钳工1名起重配合共7人，36小时4.5个工日单次检修共31.5个工日，改造前需346个工日，改造后全年需52.9个工日节省293个工日，用工每人日工资300元一年可节约87900元。
原始设计为单端面密封水冲洗方案为PLAN32，冲洗水进入结晶系统，结晶系统的目的是将蒸发后的浓盐水经过处理以固废的排出。但PLAN32的冲洗水进入结晶系统后会将浓盐水稀释，增加装置的浓盐水处理压力。冲洗水控制在压力0.1MPa，管径DN20经过大概计算每小时可进系统一吨除盐水，一年按8000小时运行消耗8000吨除盐水，结晶系统多处理8000吨除盐水。将PLAN32冲洗方案改为PLAN54冲洗方案。可将冲洗水外置排放，避免除盐水进入结晶系统，一年可多处理8000吨浓盐水，结晶处理1吨浓盐水为25元一年可节约费用200000元（20万元）
5 结论
（1）盐水轴流泵采用帯压的54冲洗双端面结构机械密封是非常适合的。泄漏小，寿命长，能确保设备长周期稳定运行。
（2）可靠的密封结构和匹配的冲洗方案选择在保证设备稳定运行下，能够带来良好的经济效益和社会效益。