前言

几乎每个行业都能找到高温泵送应用。学习如何处理它们对确保泵的可靠运行至关重要。

高温泵送流体的原因有很多：

1)流体需要从固态或半固态加热到液体，以便更容易移动/输送、加工或应用。

2)使用热量作为催化剂引起或维持化学反应的过程。

3)用于将热能从热源传递到过程中的传热介质。

在所有这些情况下，泵都会受到零件热膨胀引起的尺寸变化的影响，这是热流体流过泵的结果。

在高温泵送应用中密封泵轴时，由于尺寸的变化，机械密封往往会发生轴向位移。与泵轴的热膨胀和加热速率相比，泵的工作温度和泵壳的差异可能导致密封室内轴的轴向增长。

与密封室内环境温度下轴的位置相比，轴的生长可能是由以下原因引起的：

1)泵预热准备启动时，与泵壳相比，轴的升温速率不同。

2)由于不同的结构材料(轴在预热和温度下膨胀)，泵壳和轴的热膨胀率存在差异。

离推力轴承越远，轴向增长越大。单级泵设计轴相对较短，因此，这些影响相对较小。然而，由于泵级数的增加，轴的长度会增加，这些影响会被放大，尤其是轴承两端支撑的多级离心泵。

通常，对于轴承两端支撑的泵，推力轴承位于泵的非驱动端。因此，驱动端密封室通常经历最大的轴向增长。

还有其他因素会影响轴的热增长，包括泵在底座上的安装方式(底脚或中心线)，以及在泵的吸入和排出法兰处引起热应变的管道设计。

机械密封注意事项

泵制造商将泵设计为尽可能少地产生由热增长引起的轴向运动。但它总是存在的。机械密封面临的挑战是，密封装置的设计需要能够承受这种位移，而不会对密封性能产生负面影响，实现这一目标的关键是了解位移的大小和方向（进入或离开密封室）。这通常由泵制造商现场测量或分析泵的特定工作温度来确定。

此外，许多多级泵都有可倾瓦推力轴承，其轴向间隙可以达到 0.025 英寸（0.65 mm）。对于带有特殊弹簧加载推力补偿装置的泵，通常需要增加推力轴承间隙。泵和密封工程师应共享启动期间的轴承间隙和预期的轴向运动，以确保在运行期间充分了解轴的轴向位置。

通常，在环境温度下，高温集装机械密封可以从密封的安装位置承受高达任何方向 0.040 英寸（1.0 轴向位移为mm)。

一旦知道位移，就可以将其与机械密封的能力进行比较。对于位移尺寸接近或超过密封极限的情况，一种解决方案是通过设计机械密封集成组件来补偿位移。

这是通过在环境温度下偏移轴上机械密封旋转组件的位置来实现的，使当泵加热到其工作温度时，轴的热增长将密封移动到其设计的工作位置。

使用这种方法，机械密封通常可以适应高达一个方向 0.080 英寸（2.0 mm）轴向位移。

这种方法能容纳多少轴向增长是有限的，这取决于机械密封组件的内部间隙，更重要的是，密封的轴向行程能力。

对于需要大于标准机械密封设计的轴向行程的应用，机械密封制造商可以作为特殊的长行程设计解决方案。这些解决方案可以定制以适应超过 0.2 英寸（5.0 mm）轴向位移。

准备和启动热泵

在遵循设备制造商的安装和调试程序时，高温泵可以成功运行。以下是准备启动高温泵的两个关键步骤。

需要注意的是，本摘要并不代表所有要求的完整列表。

对中检查

与润滑、冷却等单一检查相比，正确的轴将在延长轴承、密封和转子的使用寿命方面发挥更大的作用 – 减少振动，减少轴承载荷，减少功率损耗，减少磨损。在下列情况下，驱动联轴器的对中检查应始终完成：

1)当工艺流体温度发生变化时，工艺流体温度发生变化

2)管道更换后

3)泵或驱动机维修后

检查对中情况的过程分为两个阶段：

1)初始(冷态)对中检查 – 当泵和驱动器处于环境温度时，在运行前执行。

2)中检最终(热态) – 当泵和驱动器处于工作温度时执行。

2)中检最终(热态) – 当泵和驱动器处于工作温度时执行。这可以在预热或短时间后完成。

更多关于泵安装建议的信息，请参考美国石油学会 （API） 文档“API RP 686 机械安装安装设计推荐实践”。

泵预热泵的正确预热(习惯上称为“暖泵”)对防止设备损坏和密封非常重要。为保证正确的预热，必须注意以下四个方面：

1）升温速度

加热过快会产生温度梯度，导致热膨胀不均匀，导致泵壳、旋转元件、紧密间隙耐磨环和机械密封损坏。由于取决于泵的类型和尺寸，制造商可以推荐加热速度。

在没有制造商指导或规范的情况下，建议的最大升温速度为：

– 泵送介质温度不超过5000 °F（260 °C）时，最大升温速度为每小时100 °F（50 °C）；

– 泵送介质温度高于5000 °F（260 °C）最大升温速度为每小时50 °F（25 °C）。

2）启动温度

泵一旦在相对于运行温度的指定温度范围内，泵就准备好了。

2）启动温度

泵一旦在相对于运行温度的指定温度范围内，泵就准备好了。该裕度随泵送流体的设计和变化而变化，制造商可以提供指导。

泵达到启动温度后，泵内金属温度均匀，泵内流体接近其正常工作粘度。这对于在环境温度下凝固的流体非常重要。

由于流体粘度增加会导致扭矩和摩擦损失增加，因此在泵达到所需的启动温度之前，启动泵可能会导致机械密封、泵耐磨环和电机损坏。

在泵制造商没有任何指导或规范的情况下，建议的指导方针是：一旦泵壳温度在泵温度下 30 °F（16 °C） 泵至少在这个温度下浸泡 2 泵可以在几个小时内启动。

对于安装多个壳体温度探头的多级泵（尽量减少温度梯度引起的壳体变形），允许启动链是基于探头之间的温差小于 50 °F（25 °C）。

3）温度分层

冷却期间和泵未适当预热时，可能会发生泵的温度分层。由于泵内流体温度的差异导致密度变化，热流体在泵壳顶部，冷流体迁移到泵壳底部。这将导致壳体和转子的热膨胀不均匀。在这种情况下，运行会导致旋转部件和静止部件之间的磨损、振动和卡住。

4）热冲击

快速将热流体引入冷泵（或反向）会导致热冲击，导致设计永久性损坏或故障，并可能对机械密封产生有害影响，包括密封面破裂。

在没有预热系统的情况下，有一些特定的泵设计可以承受热瞬变的影响。正确选择和设计密封，了解正常的瞬态工况和泵的结构至关重要。总结热泵的应用给机械密封带来了一些挑战。虽然在许多情况下优化了泵的设计，以减少热膨胀对机械密封的影响，但了解热膨胀的存在、尺寸和方向，可以在机械密封设计中进行适当的补偿，以确保轴密封的可靠运行。此外，作为高温泵的操作员，遵循设备制造商的泵预热指南和最佳实践，可防止机械密封的瞬态热膨胀损坏。