碳酸盐输送泵P-202的改造——由于新的工艺变化，要求流量降低很多，原碳酸盐输送泵P-202的运行远离最优设计点，为了提高泵的效率，减小泵的气蚀余量，节省电能的使用，以及提高泵的安全可靠性和延长泵的使用寿命，对该泵的改造势在必行。根据国内的制造条件和相关标准，运用流体力学的设计方法，设计并验算流体动力平衡，并对转子进行动力学设计计算，最终产品在现场安全运行，性能满足工艺要求，气蚀性能满足，没有引起泵及管路的振动，振动值达到API610标准规定的范围。

化工分部乙二醇车间原P-202A/B，原型号为8×18JD单级双吸离心泵，由英格索兰(美)生产制造。该泵自投入生产使用后，由于实际使用流量大大偏离设计工况，再加上装置泵要求的气蚀余量较低，泵在运行的时候发生气蚀，造成装置管路系统振动，严重危及装置安全运行。后经分析计算，并对现场运行条件进行考察，管路振动是因泵气蚀造成的，为此增加了一套喷射增能装置，用于提高装置的气蚀余量。

增能设备运行后，大大改善了泵及管路运行条件，振动也降低到标准要求的范围。原来增加增能设备方案时，对泵的基本结构没有做改变，安装尺寸不变，泵体流道水力模型也不做重新设计，只对叶轮做了改动。当时其设计思路是改变叶轮的水力模型，按高气蚀余量设计，同时从泵出口分流一部分高压流体来作为增能设备的喷射源。这样的改造彻底改善了泵入口的运行环境，保证了该泵不发生气蚀，从而保证装置的长周期运行。

但是，由于新的工艺变化，泵的运行已经远离最优设计点，不仅浪费了大量的电能，而且还会造成泵径向力增大，影响转子的寿命。同时，这么大的流量变化已大大超过标准允许范围，单纯的对叶轮改造虽然能满足性能要求，但给设备安全运行会造成很大的隐患。因此对该泵的改造很有必要，在考虑设备长周期运行的前提下必须兼顾到转子运转的安全性及机械密封的安全性。

改造说明

该泵按API610标准规定，属于BB2型，该泵属两端支撑，转子运行平稳，轴向力理论上平衡为零，泵体采用双流道设计，对残余径向力平衡较好。新的流量较原流量比降低太大，从泵的水力设计来看，以致再用原来的型式，会造成泵的比转速数值很低，而低比转速泵的水力效率非常低，很低的泵效率又会影响泵介质的发热，这对轻烃类介质特别是气蚀余量要求很高的泵伤害更大。在考虑改造方案时，在考虑不动安装尺寸的基础上也重点考虑效率的问题。因此我们考虑的方案就是重新设计制造一个新泵头，该泵头在新的工艺条件下，完全达到生产运行要求，同时地脚、进出口、电机端连接、密封借口等安装尺寸完全不变化，新泵头可以直接替换原泵头，还可以去掉喷射增能装置。

改造计划实施方案

P-202泵对性能要求很高，特别是气蚀性能。因此对水力设计来说，在达到流量、扬程的情况下，尽量减小泵气蚀余量，也就减少了泵入口介质气化的可能性。

该泵的设计难点在于安装尺寸的限制，就新的工艺参数而言，如不考虑安装尺寸的限制，该参数的设计较合适的水力模型是单级单吸或两级单吸模型，像传统的100-450型模型，就是单级单吸模型，效率能达到70％以上，但气蚀余量比较大，一般达到6m，必须加装诱导轮。诱导轮的气蚀余量可以达到3m左右水平，完全可以满足要求，水力模型也比较可靠成熟。而双级单吸泵的水力效率又比单级单吸高，但是结构复杂，要保证顶进顶吸，同时又要在同一横切面上，流道设计制造复杂，经初步设计，安装尺寸不能保证，因此不做详细方案，下面我们就按单级单吸泵的方案来做说明。

单级单吸的结构

考虑到进出口完全按原来的泵设计，初步的结构设计如下图1所示。从上图可以看出，结构还是采用两端支撑的托架型式，这样的结构即保证了原来的安装尺寸，运转的稳定性也得到了保证，甚至可以做到和原来进口泵的互换性（托架部件）。

水力部件包括叶轮和泵体要做重新的设计，按新参数的比转速来计算，轴向力平衡是通过前后口环来平衡，残余不平衡轴向力由推力轴承来承担。

水力计算

在水力设计上，尽量使泵的设计工况点与使用工况点相吻合，减小偏工况附加轴向力、径向力的产生。气蚀余量单靠提高叶轮的抗气蚀能力还做不到，因此必须加诱导轮。诱导轮的加装有两个好处，一是可以提高泵的汽蚀余量，是数值到达3m左右；二是对泵入口的气化的介质输送能提高平稳性。

叶轮的设计考虑效率和气蚀，效率约可达到0%以上，比目前在用的进口泵高出约5%左右。

泵体设计成双蜗室，以尽可能多的平衡泵的径向力。

轴向力平衡机构方案

由于原来进口泵的平衡方法是采用前后口环，该结构在现场实际运行中已证明效果很好，因此在新泵的平衡设计中还是采用前后口环平衡轴向力的方法，简单效果好。

密封

两侧的机械密封设计都是按低压设计，这样能提高泵的运行可靠和安全。

对于轻烃类介质，因为介质润滑性较差并常伴随着较高的温度和压力，并且介质常具有毒性或可燃性，因此对机械密封的寿命及可靠性提出了很高的要求。到目前为止，国内还没有专门用于高温、高压轻烃介质环境的系列机械密封产品。因此，开发出此介质环境下性能可靠的专用机械密封，对大型高温流程泵的研制成功具有举足轻重的意义。

本方案使用的机械密封，设计遵循API 682之相关规定，并针对P-202泵的实际使用工况进行优化设计，并外协国内知名密封生产商丹东克隆公司或川密所进行制造，上述厂家在国内均有类似工况密封使用经验。

采取强化冷却措施，将高温工况变为一般温度工况。此外，因为介质具有危险性，必需提高密封的可靠性。

结合在轻烃泵及热油泵上的开发经验，并借鉴国外类似泵的设计及使用经验，该大型中温流程泵拟采用内装式串联波纹管机械密封，密封方案为API plan 21+52+62。具体密封方案及辅助系统见图2。

采用串联式双端面机械密封结构并配备安全保护系统和失效报警装置，以便在主密封失效时，第二级机械密封起到主密封作用，维持循环泵的正常运转，同时通过报警装置及时通知工作人员到现场处理；由于该机械密封对装配要求很高，其装配精度将直接影响机械密封的性能，因此，密封设计成集装式单元部件，便于快速拆装。

第一级密封采用API610 21系统，从泵的出口经换热器，将冷却液体送入密封腔对密封进行冷却冲洗；换热器换热面积0.55m2，另外通过密封腔外侧的水冷腔夹套用冷却水直接进行冷却，将密封尾部的急冷液由水改为脱盐水。这样可使密封腔内的水温从80℃以上降至50℃以下，冬季低于30℃。第二级密封在正常工作时主要起隔离、保护作用，用丙三醇作隔离液，配用API610 52系统，一旦一级密封失效，即作为主密封使用。同时，把第二级机械密封动环部分设计成小螺旋叶轮，利用其泵送效应，对机械密封进行冲洗、冷却。

改造效果

从节能的角度出发，新改造后的轴功率约400kW，仅就电能每年就可节约160万度（按8000h计算）。泵体、后盖的使用寿命大于10年，叶轮大于5年，机械密封寿命大于8000h。最终产品在现场安全运行，性能满足工艺要求，气蚀性能满足，没有引起泵及管路的振动，振动值达到API610标准规定的范围。