低溫甲醇泵機械密封的改造

徐志才

（鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207）

一、概況

鎮(zhèn)海煉化合成氨裝置低溫甲醇泵4115P1、4115P2、4115P3，輸送介質(zhì)溫度為-32～-67℃。由于這些泵介質(zhì)溫度較低，容易造成機械密封部件冷變形，機械密封壽命較短，平均壽命只有1個月，最短的只有1周。為此，針對存在的問題進行攻關(guān)，采取相應(yīng)措施，以延長機械密封的使用壽命，滿足裝置正常生產(chǎn)的需要。

二、泵的相關(guān)參數(shù)（見表1）

表1

以上這些泵都由德國KSB公司制造，使用的機封H74N為小彈簧平衡型結(jié)構(gòu)，動靜環(huán)密封圈采用氟膠O形圈，機械密封的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三、存在的問題

低溫甲醇泵因泵在低溫工況下運行，而甲醇的滲透性又較強，密封面一旦驟冷變形，造成機械密封的端面比壓發(fā)生變化，破壞了機械密封的力平衡和熱平衡，密封端面溫升加劇，介質(zhì)氣化，從而產(chǎn)生干摩擦現(xiàn)象，導(dǎo)致密封失效。同時動、靜環(huán)O形圈在低溫中發(fā)生變形，也導(dǎo)致了密封的泄漏。因此這些泵的機械密封使用壽命較短，已經(jīng)影響了設(shè)備的正常運行。

四、密封面變形對端面比壓的影響

端面比壓的計算公式為

式中：Pt——彈簧比壓；

P1——介質(zhì)壓力；

K——載荷系數(shù)；

λ——膜壓系數(shù)。

彈簧比壓

式中：F——彈簧力；

A——密封端面接觸面積。

載荷系數(shù)

式中：D2——密封環(huán)工作面外徑；

D1——密封環(huán)工作面內(nèi)徑；

D0——平衡直徑。

對失效密封進行分析，發(fā)現(xiàn)機械密封的動靜環(huán)面磨損不均勻，有的靠內(nèi)徑處磨損較大，有的靠外徑處磨損較大。這是由溫度分布不均或作用在密封環(huán)上的壓力不均勻造成密封環(huán)變形所產(chǎn)生的。機械密封的密封環(huán)變形主要為受力變形和熱變形，但無論哪種變形，均會破壞端面摩擦副的平面度和平行性，產(chǎn)生各種流體動靜壓效應(yīng)，造成密封面承載能力過大而被打開，或承載能力過小而被嚴重磨損，因此要盡可能保持機械密封摩擦副的平面度和平行性。

密封面的變形會使密封接觸面的內(nèi)外徑發(fā)生變化，導(dǎo)致密封端面接觸面積變化，進而影響彈簧比壓、載荷系數(shù)，最后導(dǎo)致密封的端面比壓發(fā)生變化，破壞機械密封的力、熱平衡，使機械密封失效。

五、改進措施

為解決低溫甲醇泵機封易失效的問題，經(jīng)與密封廠家共同分析研究，決定采取以下措施。

（1）首先解決O形圈的變形問題，采用了全氟醚O形圈，經(jīng)一段時間的使用，密封效果比較明顯。但考慮到全氟醚O形圈的價格較貴，因此沒有再使用。

（2）使用包氟O形圈，也是防止密封圈變形的一種有效方法，這種改造不改變密封的結(jié)構(gòu)形式，比較方便。但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，包氟O形圈硬度較高，與軸套和動靜環(huán)的貼合不均勻，滑動性較差，補償能力不夠，容易引起介質(zhì)從密封圈處泄漏。使用一段時間，因效果不理想而停用。

（3）為了尋求更適合且經(jīng)濟實用的機械密封形式，決定使用波紋管靜止型焊接金屬波紋管機械密封。因波紋管機械密封在公司應(yīng)用已相當(dāng)普遍，且效果較好，但大多數(shù)用在高溫泵中，低溫泵中使用沒有先例。因波紋管機封適應(yīng)性較強，補償追隨能力好，彈力均勻，同時用柔性石墨墊作為密封圈，代替了諸如O形圈的動環(huán)密封圈，動密封泄漏點減少，使密封更加容易。波紋管機械密封的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

因波紋管機械密封最適合用于高溫環(huán)境，而要在低溫中使用，重要的是要選好波紋管波片的材料，以及波紋管的加工工藝（如波片的焊接和熱處理等），以適應(yīng)波紋管在低溫下的應(yīng)用。

六、結(jié)論

機械密封改造后，不存在密封圈變形現(xiàn)象，密封面的變形也大為減小，使得機械密封的端面比壓比較穩(wěn)定，密封面溫升容易控制，機械密封的運行可靠度提高，更加適應(yīng)合成裝置的低溫泵。機械密封的平均運行壽命大為提高，在9個月以上，達到了預(yù)期的改造目標(biāo)。因波紋管價格適中，密封的運行成本也有所下降。在改造前的2008年，以上這些泵共檢修28臺次，機械密封改造后，2009年僅檢修3臺次，減小了工人的勞動強度，社會效益較好，滿足了裝置正常生產(chǎn)的需要。

[1]顧永泉.機械密封實用技術(shù) [M].北京:機械工業(yè)出版社，2001.

[2]王汝美.實用機械密封技術(shù)問答（第二版） [M].北京：中國石化出版社，2004.