重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏分析及解決方案

張文清

摘 要：針對潞安煤基合成油有限公司，重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短導(dǎo)致檢修頻次高，為此特做專項(xiàng)分析，并提出合理化解決方案使其改進(jìn)后的機(jī)械密封無泄漏且使用壽命延長，大幅降低對重質(zhì)蠟泵的檢修頻次，降低勞動強(qiáng)度，為該裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和裝置清潔化生產(chǎn)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：重質(zhì)蠟泵 機(jī)械密封 泄漏 波紋管

中圖分類號：TQ050.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0080-02

煤基合成油生產(chǎn)裝置中的重質(zhì)蠟泵，主要承擔(dān)著將費(fèi)托反應(yīng)器中生成的重質(zhì)蠟輸送到裝置系統(tǒng)中的任務(wù)。該輸送泵型皆為懸臂式單級離心泵，該泵型的機(jī)械密封為單端面波紋管機(jī)封。但自從投運(yùn)以來，機(jī)封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短，導(dǎo)致多次停泵檢修，影響了裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

1 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏分析

機(jī)械密封是由一對或數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧或波紋管）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。它具有密封性能好、泄漏量小、端面磨損能自動補(bǔ)償、能耗少、使用壽命長等特點(diǎn)。

重質(zhì)蠟泵選用內(nèi)裝內(nèi)流式金屬波紋管機(jī)械密封（見圖1）。端面密封形式為單端面密封。帶波紋管的靜環(huán)在壓蓋內(nèi)安裝，動環(huán)安裝于軸套，浸入介質(zhì)中。輔助系統(tǒng)選用帶換熱器正向自沖洗和急冷沖洗。自沖洗介質(zhì)走波紋管外側(cè)，將波紋管機(jī)封浸入介質(zhì)中（內(nèi)流式），用于自潤滑；急冷介質(zhì)走波紋管內(nèi)側(cè)，急冷介質(zhì)選用0.5 MPa蒸汽用于加熱機(jī)封，防止物料凝固，急冷出口無回流管路，直接排入大氣中。

機(jī)械密封雖然在動設(shè)備中普遍應(yīng)用，但重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封在使用過程中主要存在以下幾方面的問題：（1）密封性能差，泄漏量大；（2）使用壽命短（一般在14天之內(nèi)便出現(xiàn)滴油現(xiàn)象）；（3）急冷沖洗蒸汽無法回收，能耗大。從泄漏部位可分為以下幾個方面：（1）從節(jié)流環(huán)漏出；（2）從機(jī)封急冷出口漏出；（3）從壓蓋密封端漏出。下面我們將逐一進(jìn)行分析。

1.1 從節(jié)流環(huán)漏出

物料從節(jié)流環(huán)漏出主要原因是機(jī)封端面密封失效造成的，使得物料通過動靜環(huán)的接觸端面竄入波紋管機(jī)封內(nèi)側(cè)，使物料順軸套流至節(jié)流環(huán)處，節(jié)流環(huán)不能起到密封作用，從而使物料流出。造成端面密封失效的原因主要有：（1）波紋管彈性失效；（2）動靜環(huán)端面摩擦受損；（3）波紋管斷裂。

1.1.1 波紋管彈性失效

造成波紋管彈性失效的原因：對靜環(huán)作受力分析可知，靜環(huán)受到了來自動環(huán)支承力F和液膜推開力R的作用使得波紋管壓縮從而產(chǎn)生彈性，由于波紋管在使用過程中長時間處于高溫下，使得波紋管材料內(nèi)部放生了蠕變，即微觀塑性變形隨時間的延續(xù)而增加，波紋管逐漸由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃?，?dǎo)致波紋管的彈性受損，彈性力Fd下降，在端面面積S不變時，根據(jù)彈簧比壓公式Ps=Fd/S，可知彈簧比壓下降，從而導(dǎo)致端面比壓P隨之下降（P↓=Ps↓+P載-P液膜）。使得端面密封失效發(fā)生泄漏。

1.1.2 動靜環(huán)端面摩擦受損

造成動靜環(huán)端面摩擦受損的原因：（1）由于物料為重質(zhì)蠟，采用自沖洗方案，由于沖洗管路內(nèi)徑很小，導(dǎo)致重質(zhì)蠟在大氣環(huán)境溫度降低時，沖洗管路極易堵塞。此外，采用的換熱器方式，用冷卻水降溫，在停泵后，沖洗管路極易發(fā)生堵塞，一旦堵塞需要拆卸后才能疏通。由于機(jī)封端面無法得到及時潤滑，不能形成有效的液膜，從而導(dǎo)致機(jī)封端面干磨使得密封失效；（2）重質(zhì)蠟經(jīng)過管道輸送至泵時，有時會帶有催化劑粉末或管道內(nèi)的固體微粒（如鐵銹），導(dǎo)致機(jī)封端面摩擦受損使得密封失效。

1.1.3 波紋管斷裂

波紋管斷裂的原因：（1）由于安裝泵時未找正或安裝集裝機(jī)封未鎖緊定位塊，在安裝時導(dǎo)致機(jī)封受力不均，在起泵后，機(jī)封端面承受著交變應(yīng)力，在長時間運(yùn)行后，波紋管會因?yàn)槠谑Ф鴮?dǎo)致斷裂；（2）由于重質(zhì)蠟在常溫下極易凝固，在泵體伴熱未投用或伴熱溫度太低時重質(zhì)蠟會粘覆在機(jī)封上，如果在起泵時不盤車，直接啟動有時會將波紋管從波片焊接處擰斷；（3）波紋管制造缺陷。

1.2 從機(jī)封急冷出口漏出

從上述說明可知，當(dāng)端面密封失效、端面受損、波紋管斷裂會使物料直接流入波紋管內(nèi)側(cè)，而波紋管內(nèi)側(cè)恰好是急冷沖洗的通道，所以物料從急冷出口漏出和從節(jié)流環(huán)漏出的原因是一致的。

1.3 從壓蓋密封端漏出

由于集裝式機(jī)封采用內(nèi)裝內(nèi)流式，當(dāng)壓蓋密封墊（聚四氟乙烯）在受到高溫作用下發(fā)生變形，物料會在壓力作用下從密封面流出；當(dāng)壓蓋密封墊（石墨纏繞墊）在受到螺栓預(yù)緊力的作用下發(fā)生塑性變形后，再次使用此壓蓋安裝在泵體時就會密封不嚴(yán)，導(dǎo)致物料流出。

2 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏的解決方案

從重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封的泄漏分析可以得出，要解決泄漏問題應(yīng)從以下方面入手。

2.1 波紋管的彈性失效的解決方案

（1）重新選取波紋管的材料，提高其彈性極限，使其抵抗微觀塑性變形的能力增強(qiáng)。

（2）從廢物回收再利用的角度考慮，并不是所有的彈性失效的波紋管機(jī)封都需要更換成新的，從多年的現(xiàn)場檢修經(jīng)驗(yàn)來看，因?yàn)閺椥允У牟y管機(jī)封的端面大多數(shù)沒有受到損傷，波紋管因其結(jié)構(gòu)的特殊性依舊有彈性，通過塑性變形后的舊機(jī)封具有一定的抗變形性能，只是波紋管的總高度變矮了，如果此時將新、舊機(jī)封進(jìn)行測量，將減少的高度用同等厚度的銅皮或鋁皮制作成墊片安裝在波紋管與壓蓋的底部，然后進(jìn)行回裝。實(shí)踐證明，此方法很有效。

2.2 動靜環(huán)端面摩擦受損的解決方案

（1）改變其沖洗方案：對于低轉(zhuǎn)速、出口壓力小于2 MPa時將帶換熱器正向自沖洗改為儲罐阻塞液循環(huán)沖洗，密封液選用320#熱傳導(dǎo)液，密封液壓力源一般比進(jìn)口壓力高0.4 MPa，一般選用氮?dú)鈦砑訅好芊庖夯蛟黾育X輪泵來強(qiáng)制循環(huán)。在儲罐內(nèi)部應(yīng)加伴熱盤管，蒸汽壓力為0.5 MPa，蒸汽上進(jìn)下出，此盤管作用是加熱密封液，使其具有良好的流動性，同時可以對機(jī)封加熱，防止重質(zhì)蠟粘覆波紋管。在出現(xiàn)機(jī)封泄漏，導(dǎo)致密封液中帶蠟時，蒸汽盤管還可以起到融化污染的潤滑油的作用，使得處理事故時快速有效。取消急冷沖洗方案，從而防止物料從急冷出口漏出且節(jié)約蒸汽。對于高轉(zhuǎn)速、高壓力的泵型選用外加系統(tǒng)阻塞液循環(huán)沖洗。在外加油站系統(tǒng)中仍需加裝熱源（蒸汽盤管或電加熱器），作用同上。

（2）改變機(jī)封的密封形式：將內(nèi)裝內(nèi)流式單端面金屬波紋管機(jī)械密封改為外流式雙端面金屬波紋管機(jī)械密封或串聯(lián)式單端面金屬波紋管機(jī)械密封。此機(jī)封應(yīng)與改進(jìn)的沖洗方案配套使用，密封液走波紋管的外側(cè)。

2.3 從壓蓋密封端漏出的解決方案

更換壓蓋密封墊片：重質(zhì)蠟泵在使用過程中發(fā)現(xiàn)四氟乙烯制成的密封墊是不可以密封高溫油蠟的，必需更換為耐高溫的密封墊，如石墨纏繞墊。如果原壓蓋使用的密封墊為石墨纏繞墊，在重新裝配是要檢查其是否凸出于槽面，如果沒有凸出，應(yīng)及時更換石墨纏繞墊。在回裝機(jī)封時也必需檢查軸套的靜密封圈，以及動靜環(huán)的靜密封圈是否完好，如果出現(xiàn)變形或損壞應(yīng)立即更換。

2.4 從操作方面解決

在造成機(jī)封泄漏的分析中可以看出，人為因素導(dǎo)致的機(jī)封泄漏或損壞也是不可忽視的一項(xiàng)，這就需要對工作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。在檢修期間，檢修人員一定要細(xì)致，一定要對機(jī)泵進(jìn)行找正。在起泵前，操作人員一定要檢查伴熱系統(tǒng)是否通暢，伴熱溫度是否符合要求；是否能盤動車；密封液系統(tǒng)是否投運(yùn)；密封液壓力是否符合要求。

3 結(jié)論

通過技術(shù)改造，重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封壽命顯著增加，在長周期運(yùn)行下泄漏情況也明顯改觀，同時從根本上解決了急冷液回收問題，使得降低了能耗。為煤基合成油生產(chǎn)裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和清潔化生產(chǎn)，創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 林崢.實(shí)用密封手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008（7）.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.單行本.潤滑與密封[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004（1）.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué)Ⅰ[M].北京：高等教育出版社，2004（1）.endprint

摘 要：針對潞安煤基合成油有限公司，重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短導(dǎo)致檢修頻次高，為此特做專項(xiàng)分析，并提出合理化解決方案使其改進(jìn)后的機(jī)械密封無泄漏且使用壽命延長，大幅降低對重質(zhì)蠟泵的檢修頻次，降低勞動強(qiáng)度，為該裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和裝置清潔化生產(chǎn)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：重質(zhì)蠟泵 機(jī)械密封 泄漏 波紋管

中圖分類號：TQ050.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0080-02

煤基合成油生產(chǎn)裝置中的重質(zhì)蠟泵，主要承擔(dān)著將費(fèi)托反應(yīng)器中生成的重質(zhì)蠟輸送到裝置系統(tǒng)中的任務(wù)。該輸送泵型皆為懸臂式單級離心泵，該泵型的機(jī)械密封為單端面波紋管機(jī)封。但自從投運(yùn)以來，機(jī)封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短，導(dǎo)致多次停泵檢修，影響了裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

1 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏分析

機(jī)械密封是由一對或數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧或波紋管）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。它具有密封性能好、泄漏量小、端面磨損能自動補(bǔ)償、能耗少、使用壽命長等特點(diǎn)。

重質(zhì)蠟泵選用內(nèi)裝內(nèi)流式金屬波紋管機(jī)械密封（見圖1）。端面密封形式為單端面密封。帶波紋管的靜環(huán)在壓蓋內(nèi)安裝，動環(huán)安裝于軸套，浸入介質(zhì)中。輔助系統(tǒng)選用帶換熱器正向自沖洗和急冷沖洗。自沖洗介質(zhì)走波紋管外側(cè)，將波紋管機(jī)封浸入介質(zhì)中（內(nèi)流式），用于自潤滑；急冷介質(zhì)走波紋管內(nèi)側(cè)，急冷介質(zhì)選用0.5 MPa蒸汽用于加熱機(jī)封，防止物料凝固，急冷出口無回流管路，直接排入大氣中。

機(jī)械密封雖然在動設(shè)備中普遍應(yīng)用，但重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封在使用過程中主要存在以下幾方面的問題：（1）密封性能差，泄漏量大；（2）使用壽命短（一般在14天之內(nèi)便出現(xiàn)滴油現(xiàn)象）；（3）急冷沖洗蒸汽無法回收，能耗大。從泄漏部位可分為以下幾個方面：（1）從節(jié)流環(huán)漏出；（2）從機(jī)封急冷出口漏出；（3）從壓蓋密封端漏出。下面我們將逐一進(jìn)行分析。

1.1 從節(jié)流環(huán)漏出

物料從節(jié)流環(huán)漏出主要原因是機(jī)封端面密封失效造成的，使得物料通過動靜環(huán)的接觸端面竄入波紋管機(jī)封內(nèi)側(cè)，使物料順軸套流至節(jié)流環(huán)處，節(jié)流環(huán)不能起到密封作用，從而使物料流出。造成端面密封失效的原因主要有：（1）波紋管彈性失效；（2）動靜環(huán)端面摩擦受損；（3）波紋管斷裂。

1.1.1 波紋管彈性失效

造成波紋管彈性失效的原因：對靜環(huán)作受力分析可知，靜環(huán)受到了來自動環(huán)支承力F和液膜推開力R的作用使得波紋管壓縮從而產(chǎn)生彈性，由于波紋管在使用過程中長時間處于高溫下，使得波紋管材料內(nèi)部放生了蠕變，即微觀塑性變形隨時間的延續(xù)而增加，波紋管逐漸由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃?，?dǎo)致波紋管的彈性受損，彈性力Fd下降，在端面面積S不變時，根據(jù)彈簧比壓公式Ps=Fd/S，可知彈簧比壓下降，從而導(dǎo)致端面比壓P隨之下降（P↓=Ps↓+P載-P液膜）。使得端面密封失效發(fā)生泄漏。

1.1.2 動靜環(huán)端面摩擦受損

造成動靜環(huán)端面摩擦受損的原因：（1）由于物料為重質(zhì)蠟，采用自沖洗方案，由于沖洗管路內(nèi)徑很小，導(dǎo)致重質(zhì)蠟在大氣環(huán)境溫度降低時，沖洗管路極易堵塞。此外，采用的換熱器方式，用冷卻水降溫，在停泵后，沖洗管路極易發(fā)生堵塞，一旦堵塞需要拆卸后才能疏通。由于機(jī)封端面無法得到及時潤滑，不能形成有效的液膜，從而導(dǎo)致機(jī)封端面干磨使得密封失效；（2）重質(zhì)蠟經(jīng)過管道輸送至泵時，有時會帶有催化劑粉末或管道內(nèi)的固體微粒（如鐵銹），導(dǎo)致機(jī)封端面摩擦受損使得密封失效。

1.1.3 波紋管斷裂

波紋管斷裂的原因：（1）由于安裝泵時未找正或安裝集裝機(jī)封未鎖緊定位塊，在安裝時導(dǎo)致機(jī)封受力不均，在起泵后，機(jī)封端面承受著交變應(yīng)力，在長時間運(yùn)行后，波紋管會因?yàn)槠谑Ф鴮?dǎo)致斷裂；（2）由于重質(zhì)蠟在常溫下極易凝固，在泵體伴熱未投用或伴熱溫度太低時重質(zhì)蠟會粘覆在機(jī)封上，如果在起泵時不盤車，直接啟動有時會將波紋管從波片焊接處擰斷；（3）波紋管制造缺陷。

1.2 從機(jī)封急冷出口漏出

從上述說明可知，當(dāng)端面密封失效、端面受損、波紋管斷裂會使物料直接流入波紋管內(nèi)側(cè)，而波紋管內(nèi)側(cè)恰好是急冷沖洗的通道，所以物料從急冷出口漏出和從節(jié)流環(huán)漏出的原因是一致的。

1.3 從壓蓋密封端漏出

由于集裝式機(jī)封采用內(nèi)裝內(nèi)流式，當(dāng)壓蓋密封墊（聚四氟乙烯）在受到高溫作用下發(fā)生變形，物料會在壓力作用下從密封面流出；當(dāng)壓蓋密封墊（石墨纏繞墊）在受到螺栓預(yù)緊力的作用下發(fā)生塑性變形后，再次使用此壓蓋安裝在泵體時就會密封不嚴(yán)，導(dǎo)致物料流出。

2 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏的解決方案

從重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封的泄漏分析可以得出，要解決泄漏問題應(yīng)從以下方面入手。

2.1 波紋管的彈性失效的解決方案

（1）重新選取波紋管的材料，提高其彈性極限，使其抵抗微觀塑性變形的能力增強(qiáng)。

（2）從廢物回收再利用的角度考慮，并不是所有的彈性失效的波紋管機(jī)封都需要更換成新的，從多年的現(xiàn)場檢修經(jīng)驗(yàn)來看，因?yàn)閺椥允У牟y管機(jī)封的端面大多數(shù)沒有受到損傷，波紋管因其結(jié)構(gòu)的特殊性依舊有彈性，通過塑性變形后的舊機(jī)封具有一定的抗變形性能，只是波紋管的總高度變矮了，如果此時將新、舊機(jī)封進(jìn)行測量，將減少的高度用同等厚度的銅皮或鋁皮制作成墊片安裝在波紋管與壓蓋的底部，然后進(jìn)行回裝。實(shí)踐證明，此方法很有效。

2.2 動靜環(huán)端面摩擦受損的解決方案

（1）改變其沖洗方案：對于低轉(zhuǎn)速、出口壓力小于2 MPa時將帶換熱器正向自沖洗改為儲罐阻塞液循環(huán)沖洗，密封液選用320#熱傳導(dǎo)液，密封液壓力源一般比進(jìn)口壓力高0.4 MPa，一般選用氮?dú)鈦砑訅好芊庖夯蛟黾育X輪泵來強(qiáng)制循環(huán)。在儲罐內(nèi)部應(yīng)加伴熱盤管，蒸汽壓力為0.5 MPa，蒸汽上進(jìn)下出，此盤管作用是加熱密封液，使其具有良好的流動性，同時可以對機(jī)封加熱，防止重質(zhì)蠟粘覆波紋管。在出現(xiàn)機(jī)封泄漏，導(dǎo)致密封液中帶蠟時，蒸汽盤管還可以起到融化污染的潤滑油的作用，使得處理事故時快速有效。取消急冷沖洗方案，從而防止物料從急冷出口漏出且節(jié)約蒸汽。對于高轉(zhuǎn)速、高壓力的泵型選用外加系統(tǒng)阻塞液循環(huán)沖洗。在外加油站系統(tǒng)中仍需加裝熱源（蒸汽盤管或電加熱器），作用同上。

（2）改變機(jī)封的密封形式：將內(nèi)裝內(nèi)流式單端面金屬波紋管機(jī)械密封改為外流式雙端面金屬波紋管機(jī)械密封或串聯(lián)式單端面金屬波紋管機(jī)械密封。此機(jī)封應(yīng)與改進(jìn)的沖洗方案配套使用，密封液走波紋管的外側(cè)。

2.3 從壓蓋密封端漏出的解決方案

更換壓蓋密封墊片：重質(zhì)蠟泵在使用過程中發(fā)現(xiàn)四氟乙烯制成的密封墊是不可以密封高溫油蠟的，必需更換為耐高溫的密封墊，如石墨纏繞墊。如果原壓蓋使用的密封墊為石墨纏繞墊，在重新裝配是要檢查其是否凸出于槽面，如果沒有凸出，應(yīng)及時更換石墨纏繞墊。在回裝機(jī)封時也必需檢查軸套的靜密封圈，以及動靜環(huán)的靜密封圈是否完好，如果出現(xiàn)變形或損壞應(yīng)立即更換。

2.4 從操作方面解決

在造成機(jī)封泄漏的分析中可以看出，人為因素導(dǎo)致的機(jī)封泄漏或損壞也是不可忽視的一項(xiàng)，這就需要對工作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。在檢修期間，檢修人員一定要細(xì)致，一定要對機(jī)泵進(jìn)行找正。在起泵前，操作人員一定要檢查伴熱系統(tǒng)是否通暢，伴熱溫度是否符合要求；是否能盤動車；密封液系統(tǒng)是否投運(yùn)；密封液壓力是否符合要求。

3 結(jié)論

通過技術(shù)改造，重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封壽命顯著增加，在長周期運(yùn)行下泄漏情況也明顯改觀，同時從根本上解決了急冷液回收問題，使得降低了能耗。為煤基合成油生產(chǎn)裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和清潔化生產(chǎn)，創(chuàng)造了有利條件。

參考文獻(xiàn)

[1] 林崢.實(shí)用密封手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2008（7）.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.單行本.潤滑與密封[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004（1）.

[3] 劉鴻文.材料力學(xué)Ⅰ[M].北京：高等教育出版社，2004（1）.endprint

摘 要：針對潞安煤基合成油有限公司，重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短導(dǎo)致檢修頻次高，為此特做專項(xiàng)分析，并提出合理化解決方案使其改進(jìn)后的機(jī)械密封無泄漏且使用壽命延長，大幅降低對重質(zhì)蠟泵的檢修頻次，降低勞動強(qiáng)度，為該裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和裝置清潔化生產(chǎn)夯實(shí)了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：重質(zhì)蠟泵 機(jī)械密封 泄漏 波紋管

中圖分類號：TQ050.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）-0080-02

煤基合成油生產(chǎn)裝置中的重質(zhì)蠟泵，主要承擔(dān)著將費(fèi)托反應(yīng)器中生成的重質(zhì)蠟輸送到裝置系統(tǒng)中的任務(wù)。該輸送泵型皆為懸臂式單級離心泵，該泵型的機(jī)械密封為單端面波紋管機(jī)封。但自從投運(yùn)以來，機(jī)封泄漏嚴(yán)重且使用壽命短，導(dǎo)致多次停泵檢修，影響了裝置的正常生產(chǎn)運(yùn)行。

1 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏分析

機(jī)械密封是由一對或數(shù)對動環(huán)與靜環(huán)組成的平面摩擦副構(gòu)成的密封裝置。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧或波紋管）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸表面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的。它具有密封性能好、泄漏量小、端面磨損能自動補(bǔ)償、能耗少、使用壽命長等特點(diǎn)。

重質(zhì)蠟泵選用內(nèi)裝內(nèi)流式金屬波紋管機(jī)械密封（見圖1）。端面密封形式為單端面密封。帶波紋管的靜環(huán)在壓蓋內(nèi)安裝，動環(huán)安裝于軸套，浸入介質(zhì)中。輔助系統(tǒng)選用帶換熱器正向自沖洗和急冷沖洗。自沖洗介質(zhì)走波紋管外側(cè)，將波紋管機(jī)封浸入介質(zhì)中（內(nèi)流式），用于自潤滑；急冷介質(zhì)走波紋管內(nèi)側(cè)，急冷介質(zhì)選用0.5 MPa蒸汽用于加熱機(jī)封，防止物料凝固，急冷出口無回流管路，直接排入大氣中。

機(jī)械密封雖然在動設(shè)備中普遍應(yīng)用，但重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封在使用過程中主要存在以下幾方面的問題：（1）密封性能差，泄漏量大；（2）使用壽命短（一般在14天之內(nèi)便出現(xiàn)滴油現(xiàn)象）；（3）急冷沖洗蒸汽無法回收，能耗大。從泄漏部位可分為以下幾個方面：（1）從節(jié)流環(huán)漏出；（2）從機(jī)封急冷出口漏出；（3）從壓蓋密封端漏出。下面我們將逐一進(jìn)行分析。

1.1 從節(jié)流環(huán)漏出

物料從節(jié)流環(huán)漏出主要原因是機(jī)封端面密封失效造成的，使得物料通過動靜環(huán)的接觸端面竄入波紋管機(jī)封內(nèi)側(cè)，使物料順軸套流至節(jié)流環(huán)處，節(jié)流環(huán)不能起到密封作用，從而使物料流出。造成端面密封失效的原因主要有：（1）波紋管彈性失效；（2）動靜環(huán)端面摩擦受損；（3）波紋管斷裂。

1.1.1 波紋管彈性失效

造成波紋管彈性失效的原因：對靜環(huán)作受力分析可知，靜環(huán)受到了來自動環(huán)支承力F和液膜推開力R的作用使得波紋管壓縮從而產(chǎn)生彈性，由于波紋管在使用過程中長時間處于高溫下，使得波紋管材料內(nèi)部放生了蠕變，即微觀塑性變形隨時間的延續(xù)而增加，波紋管逐漸由彈性變形變?yōu)樗苄宰冃?，?dǎo)致波紋管的彈性受損，彈性力Fd下降，在端面面積S不變時，根據(jù)彈簧比壓公式Ps=Fd/S，可知彈簧比壓下降，從而導(dǎo)致端面比壓P隨之下降（P↓=Ps↓+P載-P液膜）。使得端面密封失效發(fā)生泄漏。

1.1.2 動靜環(huán)端面摩擦受損

造成動靜環(huán)端面摩擦受損的原因：（1）由于物料為重質(zhì)蠟，采用自沖洗方案，由于沖洗管路內(nèi)徑很小，導(dǎo)致重質(zhì)蠟在大氣環(huán)境溫度降低時，沖洗管路極易堵塞。此外，采用的換熱器方式，用冷卻水降溫，在停泵后，沖洗管路極易發(fā)生堵塞，一旦堵塞需要拆卸后才能疏通。由于機(jī)封端面無法得到及時潤滑，不能形成有效的液膜，從而導(dǎo)致機(jī)封端面干磨使得密封失效；（2）重質(zhì)蠟經(jīng)過管道輸送至泵時，有時會帶有催化劑粉末或管道內(nèi)的固體微粒（如鐵銹），導(dǎo)致機(jī)封端面摩擦受損使得密封失效。

1.1.3 波紋管斷裂

波紋管斷裂的原因：（1）由于安裝泵時未找正或安裝集裝機(jī)封未鎖緊定位塊，在安裝時導(dǎo)致機(jī)封受力不均，在起泵后，機(jī)封端面承受著交變應(yīng)力，在長時間運(yùn)行后，波紋管會因?yàn)槠谑Ф鴮?dǎo)致斷裂；（2）由于重質(zhì)蠟在常溫下極易凝固，在泵體伴熱未投用或伴熱溫度太低時重質(zhì)蠟會粘覆在機(jī)封上，如果在起泵時不盤車，直接啟動有時會將波紋管從波片焊接處擰斷；（3）波紋管制造缺陷。

1.2 從機(jī)封急冷出口漏出

從上述說明可知，當(dāng)端面密封失效、端面受損、波紋管斷裂會使物料直接流入波紋管內(nèi)側(cè)，而波紋管內(nèi)側(cè)恰好是急冷沖洗的通道，所以物料從急冷出口漏出和從節(jié)流環(huán)漏出的原因是一致的。

1.3 從壓蓋密封端漏出

由于集裝式機(jī)封采用內(nèi)裝內(nèi)流式，當(dāng)壓蓋密封墊（聚四氟乙烯）在受到高溫作用下發(fā)生變形，物料會在壓力作用下從密封面流出；當(dāng)壓蓋密封墊（石墨纏繞墊）在受到螺栓預(yù)緊力的作用下發(fā)生塑性變形后，再次使用此壓蓋安裝在泵體時就會密封不嚴(yán)，導(dǎo)致物料流出。

2 重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封泄漏的解決方案

從重質(zhì)蠟泵機(jī)械密封的泄漏分析可以得出，要解決泄漏問題應(yīng)從以下方面入手。

2.1 波紋管的彈性失效的解決方案

（1）重新選取波紋管的材料，提高其彈性極限，使其抵抗微觀塑性變形的能力增強(qiáng)。

（2）從廢物回收再利用的角度考慮，并不是所有的彈性失效的波紋管機(jī)封都需要更換成新的，從多年的現(xiàn)場檢修經(jīng)驗(yàn)來看，因?yàn)閺椥允У牟y管機(jī)封的端面大多數(shù)沒有受到損傷，波紋管因其結(jié)構(gòu)的特殊性依舊有彈性，通過塑性變形后的舊機(jī)封具有一定的抗變形性能，只是波紋管的總高度變矮了，如果此時將新、舊機(jī)封進(jìn)行測量，將減少的高度用同等厚度的銅皮或鋁皮制作成墊片安裝在波紋管與壓蓋的底部，然后進(jìn)行回裝。實(shí)踐證明，此方法很有效。

2.2 動靜環(huán)端面摩擦受損的解決方案

（1）改變其沖洗方案：對于低轉(zhuǎn)速、出口壓力小于2 MPa時將帶換熱器正向自沖洗改為儲罐阻塞液循環(huán)沖洗，密封液選用320#熱傳導(dǎo)液，密封液壓力源一般比進(jìn)口壓力高0.4 MPa，一般選用氮?dú)鈦砑訅好芊庖夯蛟黾育X輪泵來強(qiáng)制循環(huán)。在儲罐內(nèi)部應(yīng)加伴熱盤管，蒸汽壓力為0.5 MPa，蒸汽上進(jìn)下出，此盤管作用是加熱密封液，使其具有良好的流動性，同時可以對機(jī)封加熱，防止重質(zhì)蠟粘覆波紋管。在出現(xiàn)機(jī)封泄漏，導(dǎo)致密封液中帶蠟時，蒸汽盤管還可以起到融化污染的潤滑油的作用，使得處理事故時快速有效。取消急冷沖洗方案，從而防止物料從急冷出口漏出且節(jié)約蒸汽。對于高轉(zhuǎn)速、高壓力的泵型選用外加系統(tǒng)阻塞液循環(huán)沖洗。在外加油站系統(tǒng)中仍需加裝熱源（蒸汽盤管或電加熱器），作用同上。

（2）改變機(jī)封的密封形式：將內(nèi)裝內(nèi)流式單端面金屬波紋管機(jī)械密封改為外流式雙端面金屬波紋管機(jī)械密封或串聯(lián)式單端面金屬波紋管機(jī)械密封。此機(jī)封應(yīng)與改進(jìn)的沖洗方案配套使用，密封液走波紋管的外側(cè)。

2.3 從壓蓋密封端漏出的解決方案

更換壓蓋密封墊片：重質(zhì)蠟泵在使用過程中發(fā)現(xiàn)四氟乙烯制成的密封墊是不可以密封高溫油蠟的，必需更換為耐高溫的密封墊，如石墨纏繞墊。如果原壓蓋使用的密封墊為石墨纏繞墊，在重新裝配是要檢查其是否凸出于槽面，如果沒有凸出，應(yīng)及時更換石墨纏繞墊。在回裝機(jī)封時也必需檢查軸套的靜密封圈，以及動靜環(huán)的靜密封圈是否完好，如果出現(xiàn)變形或損壞應(yīng)立即更換。

2.4 從操作方面解決

在造成機(jī)封泄漏的分析中可以看出，人為因素導(dǎo)致的機(jī)封泄漏或損壞也是不可忽視的一項(xiàng)，這就需要對工作人員進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn)。在檢修期間，檢修人員一定要細(xì)致，一定要對機(jī)泵進(jìn)行找正。在起泵前，操作人員一定要檢查伴熱系統(tǒng)是否通暢，伴熱溫度是否符合要求；是否能盤動車；密封液系統(tǒng)是否投運(yùn)；密封液壓力是否符合要求。

3 結(jié)論

通過技術(shù)改造，重質(zhì)蠟泵的機(jī)械密封壽命顯著增加，在長周期運(yùn)行下泄漏情況也明顯改觀，同時從根本上解決了急冷液回收問題，使得降低了能耗。為煤基合成油生產(chǎn)裝置平穩(wěn)、高效運(yùn)行和清潔化生產(chǎn)，創(chuàng)造了有利條件。

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