多級離心式高壓液化烴泵的制作方法
【專利摘要】一種多級離心式高壓液化烴泵，包括軸向力平衡機構(gòu)、機械密封自沖洗機構(gòu)、轉(zhuǎn)軸，在其一級中段上設(shè)有回液孔，在其二級中段與外筒體之間裝有二級中段密封膠圈，在吸入函體與外筒體、一級中段之間裝有吸入函體密封膠圈；平衡回液管組件的一端通過泵蓋與平衡腔室相連、其另一端通過外筒體與二級葉輪吸入腔室相連；正向沖洗管組件的一端與一級葉輪的出口相連、其另一端與驅(qū)動側(cè)機械密封組件相連，反向沖洗管組件的一端與吸入腔室相連、其另一端與非驅(qū)動側(cè)機械密封組件相連。還包括自控回流式熱控機構(gòu)。本發(fā)明能防止泵送介質(zhì)汽化，提高機械密封端面的冷卻、潤滑，可減小最小連續(xù)熱限制流量的數(shù)量，降低能量消耗，確保泵安全可靠運行。
【專利說明】
多級離心式高壓液化烴泵
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種栗閥領(lǐng)域，具體是涉及一種多級離心式高壓液化烴栗，包括軸向力平衡機構(gòu)、機械密封自沖洗機構(gòu)等。
【背景技術(shù)】
[0002]液化烴栗屬于輕烴類栗，輸送的是易燃易爆、易汽化易揮發(fā)、低密度低引火點、高飽和蒸汽壓的危險介質(zhì)，并且溫度的變化對其汽化壓力極其敏感。例如低碳的液態(tài)乙烯、丁烷和丙烯等。液化烴栗，特別是高壓液化烴栗為石油化學(xué)工業(yè)和石油煉化裝置流程中最關(guān)鍵的動設(shè)備。
[0003]目前，小流量高揚程液化烴栗一般選用立式高速栗(切線栗)或往復(fù)式柱塞栗，有進口的也有國產(chǎn)的。柱塞栗運行不穩(wěn)定，維修量大;立式高速栗由于受性能限制，不能滿足大排量大功率的要求，除非采用多臺并聯(lián)使用，這樣操作麻煩;普通的多級離心栗，運行時容易汽化抽空，振動大。所以對大流量、高揚程、大功率的液化烴栗，目前國內(nèi)幾乎沒有可選的合適產(chǎn)品，只能依靠進口?，F(xiàn)代廣泛應(yīng)用的雙殼體多級離心栗，雖然具有耐高壓、靜密封可靠、維修方便、軸密封及輔助系統(tǒng)技術(shù)先進等優(yōu)點，但在輸送高壓液化烴類介質(zhì)時還是容易發(fā)生汽化抽空現(xiàn)象，存在不安全運行的弊端。
[0004]導(dǎo)致多級離心栗汽化抽空的主要原因是業(yè)內(nèi)人士以前對其溫升危害性的關(guān)注度不夠，缺乏有效的溫升控制措施。例如沒有強調(diào)規(guī)定最小連續(xù)熱限制流量的數(shù)值、缺乏合理配置的軸向力平衡保護管線、缺乏合理配置最小連續(xù)熱限制流量的保護機構(gòu)。所謂的最小連續(xù)熱限制流量，是離心栗能夠維持工作而其運行不會被栗送介質(zhì)(液體)的溫升所損害的最小流量數(shù)值。規(guī)定此值目的是為了避免栗在低于該值的區(qū)域內(nèi)運行。規(guī)定最小連續(xù)熱限制流量對高壓液化烴栗而言此值的合理規(guī)定更顯得必要。栗的最小連續(xù)熱限制流量除了與栗的結(jié)構(gòu)、栗送介質(zhì)的特性有關(guān)外，還與栗所在裝置的特性有關(guān)。因此同一臺栗的最小連續(xù)熱限制流量不是固定不變的，必須針對具體使用條件進行對應(yīng)計算確定。此值取大了導(dǎo)致浪費能源、取小了導(dǎo)致汽化抽空。所以在工程設(shè)計階段要認真商榷，在運行中應(yīng)予以控制(最好為自動控制)和保證。栗汽化的產(chǎn)生大多是因為第一級葉輪入口介質(zhì)的溫升引起的，是栗內(nèi)的損失功率絕大部分轉(zhuǎn)為熱能而被栗送介質(zhì)吸收所至。但對于節(jié)段式多級栗而言，栗內(nèi)最高的溫升是在平衡機構(gòu)后部。總體看，流量越小，栗效率越低，栗送介質(zhì)的溫升就越大，導(dǎo)致汽化的可能性越大。以上觀點在以前關(guān)注不夠，措施不給力。
[0005]目前國內(nèi)公知的多級離心式(節(jié)段式)的平衡系統(tǒng)，其軸向力平衡機構(gòu)平衡腔室P中的溫升較高的介質(zhì)返回到栗的吸入腔室X，使第一級葉輪入口介質(zhì)的溫升增大，容易產(chǎn)生汽化;另外，其機械密封自沖洗機構(gòu)的介質(zhì)均來自第一級葉輪的出口K，然后通過三通接頭分兩條支管線，并通過節(jié)流孔板減壓，分別對應(yīng)連接到驅(qū)動側(cè)和非驅(qū)動側(cè)機械密封組件端蓋的沖洗液接口 d、e。這樣的沖洗方案，如果栗發(fā)生汽化時，連帶影響機械密封自沖洗壓力的穩(wěn)定性，有可能導(dǎo)致機械密封損壞和泄漏等一系列運行故障。隨著液態(tài)乙烯等項目的大型化，為了實現(xiàn)國產(chǎn)化，專門開發(fā)大排量、大功率、多級離心式液化烴栗顯得十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服上述的不足，而提供一種具有防止栗送介質(zhì)汽化的軸向力平衡機構(gòu)及與其匹配的機械密封自沖洗機構(gòu)的多級離心式高壓液化烴栗。還選配以溫升作為限制最小熱控操作流量的自控回流式熱控機構(gòu)設(shè)計準則，以自動控制最小連續(xù)限制流量。
[0007]本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn):多級離心式高壓液化烴栗，包括軸向力平衡機構(gòu)、機械密封自沖洗機構(gòu)、軸承部件、轉(zhuǎn)軸，該軸向力平衡機構(gòu)包括平衡回液管組件、栗中段、葉輪、平衡鼓、吸入函體、栗蓋、外筒體，該機械密封自沖洗機構(gòu)包括正向沖洗管組件、反向沖洗管組件、機械密封部件，其具有平衡腔室、二級葉輪吸入腔室、吸入腔室、吐出腔室、栗吸入口、栗吐出口，在所述栗中段的一級中段上設(shè)有回液孔，在所述栗中段的二級中段與外筒體之間裝有二級中段密封膠圈，在所述吸入函體與外筒體、一級中段之間裝有吸入函體密封膠圈；所述平衡回液管組件的一端通過栗蓋與平衡腔室相連、其另一端通過外筒體與二級葉輪吸入腔室相連;所述正向沖洗管組件的一端與葉輪的一級葉輪的出口相連、其另一端與機械密封部件的驅(qū)動側(cè)機械密封組件相連，所述反向沖洗管組件的一端與吸入腔室相連、其另一端與機械密封部件的非驅(qū)動側(cè)機械密封組件相連。
[0008]所述栗吸入口、栗吐出口分別與自控回流式熱控機構(gòu)相連，該自控回流式熱控機構(gòu)包括與栗吐出口相連的自控回流閥，該自控回流閥分別與出流閘閥、回流閘閥相連，該回流閘閥通過儲液罐與栗吸入口相連。
[0009]所述軸向力平衡機構(gòu)，是將其出口的平衡液返到二級葉輪入口處，減少了一級葉輪入口處的溫升，減低了栗送介質(zhì)汽化產(chǎn)生故障率;與此同時，設(shè)置與其適應(yīng)的機械密封自沖洗機構(gòu)(只涉及自沖洗部分)，在驅(qū)動側(cè)(低壓側(cè))機械密封組件采用正向沖洗方案，在非驅(qū)動側(cè)(高壓側(cè))機械密封組件采用反向沖洗方案;根據(jù)離心栗的結(jié)構(gòu)型式、栗送介質(zhì)的特性和離心栗所應(yīng)用的有關(guān)裝置的特性，計算栗送介質(zhì)的溫升值、確定最小連續(xù)熱限制流量值，根據(jù)最小連續(xù)熱限制流量值及對應(yīng)的揚程選用自控回流式熱控機構(gòu)，從而實現(xiàn)最小連續(xù)熱限制流量的控制和保護。其取得的有益效果是:
[0010]1、本離心栗的軸向力平衡液由于采用了回流到二級葉輪入口的方案，盡管在此處攜帶進了平衡機構(gòu)后的溫升大的介質(zhì)，但由于此處工作壓力高于一級葉輪入口壓力，并高于此溫度下介質(zhì)的汽化壓力，故不容易發(fā)生汽化；由于平衡機構(gòu)出口較高溫升的介質(zhì)沒有攜帶到一級葉輪入口，使此一級葉輪入口處的介質(zhì)溫升比較低，汽化壓力也比較低，且此處的工作壓力較低，故栗也不容易產(chǎn)生汽化。這樣避免了發(fā)生汽化而導(dǎo)致的振動，乃至造成栗的損壞和故障停機，從而確保離心栗的安全可靠運行。2、機械密封部件是保證高壓液化烴栗安全運行的關(guān)鍵部件。本離心栗由于采用了與所述軸向力平衡機構(gòu)相匹配的機械密封自沖洗機構(gòu)的正向沖洗(低壓側(cè))和反向沖洗(高壓側(cè))方式，確保有足夠穩(wěn)定的自沖洗壓力，提高了機械密封端面的冷卻、潤滑和防止汽化的效果，提高了機械密封運行可靠性和使用壽命。3、本離心栗由于采用了上述結(jié)構(gòu)，可以減小最小連續(xù)熱限制流量的數(shù)量(通過計算獲得)，使被空排到旁路的流量得以減小，降低了能量的消耗。本離心栗由于選配了適用于最小連續(xù)熱限制流量的自控回流式熱控機構(gòu)，起到控制和保護的作用，確保栗的安全可靠運行。
【附圖說明】
[0011]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明進一步的詳細說明。
[0012]圖1為本發(fā)明的應(yīng)用結(jié)構(gòu)不意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的平衡回液管組件、正向沖洗管組件、反向沖洗管組件以及適用于最小連續(xù)熱限制流量的自控回流式熱控機構(gòu)的應(yīng)用流程示意圖。
【具體實施方式】
[0014]如圖1所示，本發(fā)明多級離心式高壓液化烴栗，包括軸向力平衡機構(gòu)、機械密封自沖洗機構(gòu)、軸承部件(包括左軸承組件191、右軸承組件192)、轉(zhuǎn)軸20，該軸向力平衡機構(gòu)包括平衡回液管組件3、栗中段(含一級中段15、二級中段10)、葉輪(含一級葉輪13、二級葉輪
11)、平衡鼓7(及平衡鼓套8)、吸入函體14、栗蓋9、外筒體16，該機械密封自沖洗機構(gòu)包括正向沖洗管組件1、反向沖洗管組件5、機械密封部件(包括驅(qū)動側(cè)機械密封組件61和非驅(qū)動側(cè)機械密封組件62)，其具有平衡腔室P(由栗蓋9的內(nèi)腔、平衡鼓7及平衡鼓套8的端面形成)、二級葉輪吸入腔室R、吸入腔室X、吐出腔室T、栗吸入口 A、栗吐出口 B以及驅(qū)動側(cè)密封腔室Ml、非驅(qū)動側(cè)密封腔室M2等(為公知技術(shù))。
[0015]在所述栗中段的一級中段15上設(shè)有回液孔18，在所述栗中段的二級中段10與外筒體16之間裝有二級中段密封膠圈4(0型)，其將穩(wěn)壓腔室Y與吐出腔室T(具栗出口壓力)實行隔離;在所述吸入函體14與外筒體16、一級中段10之間裝有吸入函體密封膠圈12(0型，共為三件)，其將穩(wěn)壓腔室Y與吸入腔室X(具栗入口壓力)實行隔離。所述外筒體16的內(nèi)壁、吸入函體14和一級中段15的外圓、二級中段10的外圓以及二級中段密封膠圈4、吸入函體密封膠圈12之間形成穩(wěn)壓腔室Y，所述回液孔18與穩(wěn)壓腔室Y、二級葉輪吸入腔室R相通。
[0016]如圖1、圖2所示，所述平衡回液管組件3的一端通過栗蓋9與平衡腔室P(出口)相連、其另一端通過外筒體16與二級葉輪吸入腔室R相連(即在一級中段15上設(shè)有回液孔18);所述平衡回液管組件3中設(shè)有相連的平衡壓力表31、壓力變送器32、平衡溫度計33和溫度變送器34，分別對平衡回液系統(tǒng)的壓力和溫度進行現(xiàn)場顯示和遠傳檢測和控制。當平衡壓力和溫度高于規(guī)定值時實行聲光報警，避免由于平衡機構(gòu)的運行不正常，而導(dǎo)致其下游的溫升急劇上升后汽化壓力大于二級葉輪吸入腔室的介質(zhì)壓力Pr，最終導(dǎo)致栗送介質(zhì)的汽化。
[0017]所述正向沖洗管組件I的一端與葉輪的一級葉輪13的出口K相連、其另一端(即其出口 d)與機械密封部件的驅(qū)動側(cè)機械密封組件61相連;所述正向沖洗管組件I中設(shè)有相連的正向沖洗調(diào)節(jié)閥111、節(jié)流孔板112和正向沖洗壓力表113。正向沖洗調(diào)節(jié)閥111用于確定節(jié)流孔板112尺寸的調(diào)試過程中使用。通過節(jié)流孔板112的調(diào)節(jié)，使二級葉輪吸入腔室P的工作壓力?1?降到?祖+0.21^，此值由正向沖洗壓力表113予以指示。
[0018]所述反向沖洗管組件5的一端(即其出口f)與吸入腔室X相連、其另一端(即其進口e)與機械密封部件的非驅(qū)動側(cè)機械密封組件62相連;所述反向沖洗管組件5中設(shè)有相連的下調(diào)節(jié)閥51、上調(diào)節(jié)閥52、冷卻器53和反向沖洗壓力表54、下溫度計55和上溫度計56，該冷卻器53處于下調(diào)節(jié)閥51、下溫度計55和上調(diào)節(jié)閥52、上溫度計56之間。來自平衡機構(gòu)后續(xù)的溫升較高的少量介質(zhì)經(jīng)過冷卻器的冷卻后，使其溫度降低后回到吸入腔室。下溫度計55是冷卻前的介質(zhì)溫度、上溫度計56是冷卻后的介質(zhì)溫度。冷卻器上設(shè)有法蘭冷卻水進水口 h、法蘭冷卻水回水口 g，反向沖洗壓力表則顯示平衡腔室P的介質(zhì)壓力Pp。
[0019]其中，平衡回液管組件3具有平衡液介質(zhì)的進口a和出口b(連接法蘭)；正向沖洗管組件I具有自沖洗介質(zhì)的進口 c和出口 d(連接法蘭)；反向沖洗管組件5具有自沖洗介質(zhì)的進口 e和出口 f (連接法蘭)ο所述各進n、mna、b、c、d、e、f表示上述各類管組件的接口連接法蘭。平衡回液管組件3連接平衡腔室P(高壓端)和二級葉輪吸入腔室R(低壓端)，其使平衡液由平衡腔室P流到穩(wěn)壓腔室Y和二級葉輪吸入腔室R，達到平衡軸向力的目的。穩(wěn)壓腔室Y是由此栗一級揚程產(chǎn)生的壓力腔，其與二級葉輪吸入腔室R相通。通過安裝在二級中段10與外筒體16之間的二級中段密封膠圈4(0型)，將穩(wěn)壓腔室Y與吐出腔室T(具有栗出口壓力)實行隔離;通過安裝在吸入函體14上的吸入函體密封膠圈12(0型，共為三件)，將穩(wěn)壓腔室Y與吸入腔室X(具有栗入口壓力)實行隔離。
[0020]如果栗送介質(zhì)進入栗的吸入腔室X的溫度設(shè)為fC，由于功率損耗產(chǎn)生的溫升設(shè)為Δ UV，由于平衡腔室P內(nèi)產(chǎn)生的溫升設(shè)為Δ t2°C，則吸入腔室X的溫度為(ti+Δ tl)°C，平衡腔室R的溫度為(ti+Λ tl+A t2)°C。對于高壓栗而言，Δ t2>> Δ t。所以由于溫升導(dǎo)致的汽化壓力的增加值，二級葉輪吸入腔室R的大于吸入腔室X。計算及事實證明:由于二級葉輪吸入腔室R的工作壓力高于吸入腔室X的工作壓力，盡管溫升導(dǎo)致的汽化壓力增加，但它仍然高于U1+At1+At2) °C溫度下介質(zhì)的汽化壓力，所以不會產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。
[0021]該高壓液化烴栗的轉(zhuǎn)軸密封方式選用雙端面(有壓)機械密封。為了冷卻和潤滑機械密封部件中的動環(huán)(旋轉(zhuǎn)件)和靜環(huán)(靜止件)端面，需要對其進行沖洗。該沖洗壓力一般要比驅(qū)動側(cè)密封腔室Ml、非驅(qū)動側(cè)密封腔室M2的壓力高0.2MPa以上。
[0022]如圖1所示，現(xiàn)設(shè)該栗的驅(qū)動側(cè)密封腔室Ml中的介質(zhì)壓力為Pm1，非驅(qū)動側(cè)密封腔室M2中的介質(zhì)壓力為Pm2，吸入腔室X中的介質(zhì)壓力為Px，平衡腔室P中的介質(zhì)壓力SPp，二級葉輪吸入腔室R中的介質(zhì)壓力為Pr ο由于Pm1 <Pr，實現(xiàn)了驅(qū)動側(cè)機械密封組件61的正向沖洗(沖洗介質(zhì)則由外向里通過正向沖洗管組件I進入驅(qū)動側(cè)密封腔室Ml);另外，由于Px<Pm2<Pp，實現(xiàn)了非驅(qū)動側(cè)機械密封組件62的反向沖洗(沖洗介質(zhì)則由里向外離開非驅(qū)動側(cè)密封腔室M2，通過反向沖洗管組件5再進入吸入腔室X)。且反向沖洗管組件5中裝有換熱器53，將來自平衡腔室P中溫度較高的少量介質(zhì)進行冷卻后，再進入吸入腔室X。正向沖洗管組件I中，由于溫升比較小，所以沒有必要再安裝換熱器。
[0023]如圖2所示，本發(fā)明多級離心式高壓液化烴栗配套選用的防止栗汽化的適用于最小連續(xù)熱限制流量的自控回流式熱控機構(gòu)17(也可稱為自循環(huán)保護機構(gòu))，所述栗吸入口A、栗吐出口B分別與自控回流式熱控機構(gòu)17相連，該自控回流式熱控機構(gòu)17包括與栗吐出口B相連的自控回流閥171，該自控回流閥171(通過管道)分別與出流閘閥172、回流閘閥173相連，該回流閘閥173通過儲液罐174與栗吸入口 A相連。自控回流閥171是集成止回閥、流量傳感器、旁通控制閥、多級降壓功能為一體;采用靜密封，無泄漏，完全的無電連接本質(zhì)安全型。栗送介質(zhì)由栗吸入口 A進入、通過轉(zhuǎn)軸20的旋轉(zhuǎn)及多級葉輪的輸送、由栗吐出口 B吐出，當該介質(zhì)流量小于等于規(guī)定的最小連續(xù)熱限制流量時，所述自控回流閥171打開，通過管道由出流閘閥172打開流出，或者根據(jù)需要由回流閘閥173打開并通過儲液罐174再重新進入到栗吸入口 A。其不僅起到保護栗防止汽化的主要功能，并能確保在危險場合安全使用。
[0024]本發(fā)明已在泰州某化工企業(yè)的甲乙酮裝置的反應(yīng)進料栗、山東某化工企業(yè)烯烴項目脫氫裝置的加氫進料栗上予以應(yīng)用，輸送的介質(zhì)是丁烷、丁烯、丙烷等輕烴類介質(zhì)。本發(fā)明主要應(yīng)用于石油化工和煤化工行業(yè)輸送高壓輕烴類介質(zhì)，也可用于熱電廠輸送高壓鍋爐給水。
【主權(quán)項】
1.多級離心式高壓液化烴栗，包括軸向力平衡機構(gòu)、機械密封自沖洗機構(gòu)、軸承部件、轉(zhuǎn)軸(20)，該軸向力平衡機構(gòu)包括平衡回液管組件(3)、栗中段、葉輪、平衡鼓(7)、吸入函體(14)、栗蓋(9)、外筒體(16)，該機械密封自沖洗機構(gòu)包括正向沖洗管組件(I)、反向沖洗管組件(5)、機械密封部件，其具有平衡腔室(P)、二級葉輪吸入腔室(R)、吸入腔室(X)、吐出腔室(T)、栗吸入口(A)、栗吐出口(B)，其特征在于:在所述栗中段的一級中段(15)上設(shè)有回液孔(18)，在所述栗中段的二級中段(10)與外筒體(16)之間裝有二級中段密封膠圈(4)，在所述吸入函體(14)與外筒體(16)、一級中段(10)之間裝有吸入函體密封膠圈(12);所述平衡回液管組件(3)的一端通過栗蓋(9)與平衡腔室(P)相連、其另一端通過外筒體(16)與二級葉輪吸入腔室(R)相連;所述正向沖洗管組件(I)的一端與葉輪的一級葉輪(13)的出口相連、其另一端與機械密封部件的驅(qū)動側(cè)機械密封組件(61)相連，所述反向沖洗管組件(5)的一端與吸入腔室相連、其另一端與機械密封部件的非驅(qū)動側(cè)機械密封組件(62)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級離心式高壓液化烴栗，其特征在于:所述外筒體(16)的內(nèi)壁、吸入函體(14)和一級中段(15)的外圓、二級中段(10)的外圓以及二級中段密封膠圈(4)、吸入函體密封膠圈(12)之間形成穩(wěn)壓腔室(Y)，所述回液孔(18)與穩(wěn)壓腔室(Y)、二級葉輪吸入腔室(R)相通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級離心式高壓液化烴栗，其特征在于:所述平衡回液管組件(3)中設(shè)有相連的平衡壓力表(31)、壓力變送器(32)、平衡溫度計(33)和溫度變送器(34)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級離心式高壓液化烴栗，其特征在于:所述正向沖洗管組件(I)中設(shè)有相連的正向沖洗調(diào)節(jié)閥(111)、節(jié)流孔板(112)和正向沖洗壓力表(113)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級離心式高壓液化烴栗，其特征在于:所述反向沖洗管組件(5)中設(shè)有相連的下調(diào)節(jié)閥(51)、上調(diào)節(jié)閥(52)、冷卻器(53)和反向沖洗壓力表(54)、下溫度計(55)和上溫度計(56)，該冷卻器(53)處于下調(diào)節(jié)閥(51)、下溫度計(55)和上調(diào)節(jié)閥(52)、上溫度計(56)之間。6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的多級離心式高壓液化烴栗，其特征在于:所述栗吸入口(A)、栗吐出口(B)分別與自控回流式熱控機構(gòu)(17)相連，該自控回流式熱控機構(gòu)(17)包括與栗吐出口(B)相連的自控回流閥(171)，該自控回流閥(171)分別與出流閘閥(172)、回流閘閥(173)相連，該回流閘閥(173)通過儲液罐(174)與栗吸入口(A)相連。
【文檔編號】F04D29/70GK105864093SQ201610378791
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】孫森森, 李作俊, 沈水欽, 夏益洪, 池慶杰, 李良特, 張華杰
【申請人】浙江科爾泵業(yè)股份有限公司