一、前言
P0117为石家庄化纤公司甲苯氧化装置苯甲酸蒸馏塔循环泵，介质含氧化反应副产物，介质组分复杂，具有温度高、腐蚀性强、易结焦、易凝固等特点，原轴封采用单端面波纹管机械密封，使用效果不好，寿命短，且泄漏频繁。虽经国内主要波纹管密封制造厂多次改进，始终没能彻底解决。为此，经过研究决定改为干气密封。
二、P0117泵的密封改造
（一）干气密封的主要优点
与传统的接触式机械密封相比，干气密封有以下几方面的优点。
①使用寿命长，运行稳定可靠。
②功耗消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右。
③与其他非接触式密封相比，可实现介质“零逸出”，是一种环保型密封。
（二）P0117离心泵操作条件
介质主要成分为60%～70%苯甲酸，其余为苯甲脂、联苯、催化剂，凝点为122℃。介质正常温度为283℃，泵为单级悬臂离心泵，全夹套结构，型号XL40-25-200，转速为2950r/min，吸入压力为 0.12MPa，出口压力为0.5MPa，流量为3m3/h。
现场公共工程条件：管网氮气常温，压力0.5MPa；管网蒸汽160℃，压力0.6MPa。
（三)改造过程中需要解决的难点
①密封寿命问题，原波纹管密封的寿命较短，为1周到3个月不等。
②介质温度的问题：由于介质温度高(283℃)，采用小弹簧干气密封，辅助密封圈的选择成为难点。
③介质温度低于122℃时就会凝固，对介质保温及停泵后泵腔的处理、保温成为难点。
④介质腐蚀性强，对密封基体材料及摩擦副材料选择有特殊要求。
（四）设计原则及依据
1.设计原则
保证干气密封与原单端面机械密封的互换性，便于在试用不成功时恢复原密封，不影响正常生产。
2.干气密封选型依据
通过对P0117离心泵结构特点及工艺条件分析，结合现场的密封气源情况，为解决以上难点，选择API682 Plan74＋蒸汽伴热的双端面，集装结构的干气密封方案。
（五）干气密封技术方案
1.该干气密封具有以下特点
①此双端面结构将弹簧补偿机构置于氮气的工作环境下，解决了波纹管与介质直接接触而结焦等因素造成的波纹管失弹问题。
②在双端面干气密封自身形成的密封腔内注入比泵密封腔压力高0.1～0.2MPa的氮气，实现对介质的封堵，通过对氮气的密封，保证工艺介质实现“零逸出”。
③在干气密封与介质接触的地方，增加环形160℃蒸汽伴热腔体，起到降温(介质温度：283℃)和防止介质凝固(凝点：122℃)的作用。
④整套密封非接触运行，其功率消耗仅为传统双端面密封的5%，使用寿命在2年以上。
⑤干气密封氮气消耗量在0.05m3/h(标准)左右，其中约80%泄漏到大气中。
2.材料的选择
该干气密封摩擦副组对为碳化硅对碳石墨；介质侧采用耐高温(能耐327℃)、耐腐蚀的进口密封圈kalrez(美国杜邦公司)，密封主要壳体材质为316L，干气密封动压槽加工在碳化硅上。碳化硅材料具有表面硬度高、耐磨性能好、热传导系数大、比重小等优点，是目前最好的摩擦副材料之一。碳石墨材料具有强度高、自润滑性好、耐高温等特点，能够保证密封在低转速下反向盘车也不会被损坏。
（六）干气密封控制系统
干气密封控制系统是干气密封的重要组成部分，主要由密封气过滤单元和密封气泄漏监测单元组成。
干气密封工作时，密封面间形成的气膜厚度在2～3μm左右，密封气中大于该粒度的固体颗粒会对密封面产生损坏。这就要求进入干气密封端面的密封气体非常干净，实际应用中通过采用高精度过滤器来完成。
泵用双端面干气密封系统流程如下：外来密封气体经过减压阀减压后进入过滤器，然后进入密封腔，为干气密封提供阻封气体。调整减压阀保证阻封气体压力比泵腔介质压力高0.1～0.2MPa。当密封气体低于一定值时(该值一般高于密封腔压力0.05MPa左右)，密封介质有泄漏的危险，因此必须保证气源的稳定。
（七）现场操作特殊要求
①此干气密封在进介质或蒸汽时，必须保证氮气已注入到干气密封腔中。
②由于介质的高凝点(122℃)，备用泵长期备用，介质不循环，容易使物料在介质侧结焦影响补偿环的浮动性。为此，在停车备用时，排空泵腔，泵的夹套继续通入蒸汽保温，氮气一直注入，使泵内温度持续在122℃以上。当另一台泵出现故障时，即打开备用泵入口阀进行正常开车，这样可以尽量避免物料在干气密封介质侧凝固或结焦，为干气密封长周期运行提供保障。
三、干气密封实验室台架试验和工业运行
在完成了干气密封的设计制造后，参考API617离心压缩机干气密封的试验规程及成都一通公司企业内部标准，在试验台上进行了性能模拟试验。
试验结果表明，干气密封具备高度的稳定性、可靠性，泄漏量也非常稳定，与设计值吻合。在完成干气密封试验后，对P0117进行了现场改造，由于充分考虑了该泵的密封腔结构和工艺特点，现场改造和运行一次成功，干气密封运行正常，从而彻底解决了困扰多时的轴封问题。
四、结论
从P0117干气密封的成功应用可以得出如下结论。
①干气密封在高温、高凝、易腐蚀、易结焦介质中应用情况良好。
②实际运行结果表明，干气密封运行寿命长，可减少维修次数，运行功率消耗少，可节省运行费用。