耐腐蝕泵機械密封的改造

陳明 胡云 包磊磊（兗礦魯南化工有限公司 山東 滕州 277527）

引言

兗礦魯南化工有限公司醋酸丁酯裝置中，蒸發(fā)器循環(huán)泵采用的是煙臺龍港耐腐蝕泵有限公司提供的L Z E型泵。此泵是單級離心泵，主要零部件有泵體、泵蓋、葉輪、軸、機械密封、聯(lián)軸器等組成。它所輸送的液態(tài)醋酸、醋酸丁酯混合液具有較強腐蝕性，加熱后進入反應(yīng)精餾塔，是醋酸丁酯裝置的重要設(shè)備。其具體的工作參數(shù)為:轉(zhuǎn)速n=1470 r/min、介質(zhì)溫度T=130℃、流量Q=575 m3/h、設(shè)計壓力1.6 Mpa，泵體材質(zhì)：S 31803，電機功率為80 K W。機械密封采用的是丹東克隆集團C 8 B型集裝式機械密封，機封材質(zhì)：S 31803，沖洗方案：A P IP L A N 11+52。自投用以來，機封頻繁發(fā)生泄漏，每次檢修完，機械密封使用兩個月左右就又出現(xiàn)泄漏，嚴重影響到設(shè)備的正常運行，制約著系統(tǒng)的長周期運行。所以對機組的機械密封進行改造刻不容緩，減少設(shè)備現(xiàn)場操作以及檢修的工作量，提高生產(chǎn)效率，一定程度節(jié)約能源，提高設(shè)備運行安全可靠性。

一、該泵機械密封在生產(chǎn)運行中存在的問題

此泵原來采用的是C 8 B型集裝式雙端面機械密封。機械密封是由流體壓力（介質(zhì)壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個適當(dāng)?shù)谋葔海▔壕o力），使兩個接觸端面（動環(huán)、靜環(huán)端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。C 8 B型集裝式機封是兩套機封串聯(lián)安裝，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，二級封液介質(zhì)為脫鹽水，它也可對摩擦副起滑潤和冷卻作用，防止工作介質(zhì)泄漏。

經(jīng)過運行過程中機封出現(xiàn)泄漏多次的檢修，拆檢，對于該泵的C 8 B型機械密封存在的問題進行了總結(jié)。

(1)機械密封失效較快。據(jù)維修記錄統(tǒng)計，其使用壽命僅為兩個月左右，消耗了大量的零配件。經(jīng)過多次對該泵的拆卸解體，發(fā)現(xiàn)一般是由于一級機封破裂，介質(zhì)大量進入二級密封后，引起隔離液位迅速上升，泄漏量過大，導(dǎo)致機封失效。

(2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由二套普通機封組成，對機封之間配合有要求。每套機封尺寸固定，彈簧壓縮量無法調(diào)整，兩級機封串聯(lián)后密封點多，動靜環(huán)固定點多，兩級機封支架間有密封墊片防漏，造成可能泄漏的點大量增加。

(3)無法用在含顆粒及粘性的介質(zhì)中。泄漏失效的機封拆檢后會發(fā)現(xiàn)，密封面內(nèi)有圓柱形的傷痕，很可能是介質(zhì)中的雜物進入密封面造成的，還有些密封面上有環(huán)形的溝槽，多數(shù)是固體微粒沉積于密封面而引起的。由于醋酸丁酯裝置母液中可能含有顆粒及粘性的雜質(zhì)，容易對機封造成這些傷害。

(4)彈簧暴露在介質(zhì)中，受介質(zhì)溫度及腐蝕影響造成彈簧失效。一級密封彈簧材質(zhì)為316 L，由于介質(zhì)為醋酸、醋酸丁酯等的混合液，腐蝕性較強，而且由于介質(zhì)的撕去腐蝕性較強，造成拆檢下的彈簧有明顯的腐蝕現(xiàn)象，彈簧彈性大大降低，彈簧壓縮力減小，造成機封失效泄漏。

(5)安裝尺寸無法調(diào)節(jié)，容易裝壞，對安裝工作要求較高，而且在泵使用一段時期后，因為泵老舊出現(xiàn)的偏差會造成機封損壞。此機封安裝尺寸是無法調(diào)節(jié)的，而且彈簧的壓縮量已經(jīng)固定，集裝式的機封在安裝尺寸無法調(diào)節(jié)的情況下，安裝過程的一些震動很容易造成動靜環(huán)的碎裂，需要安裝工人小心翼翼的安裝，對安裝要求高，操作不便。由于對安裝尺寸要求很高，稍有偏差會造成機封損壞，特別在泵使用一段時期后，因為泵老舊出現(xiàn)的偏差會造成機封損壞。

(6)機封彈性密封用的是四氟V圈，沒有彈性，耐熱性能差。因動靜環(huán)在高速運轉(zhuǎn)中，密封面上會產(chǎn)生熱。因密封面產(chǎn)生的熱較高，所以四氟V圈有繼續(xù)軟化的危險，最終失去彈性而泄漏。

二、針對缺陷問題對機械密封進行改造

對該泵在生產(chǎn)運行中機封泄漏問題的分析，把檢修中發(fā)現(xiàn)的機封泄漏的各種原因進行匯總后，通過對該泵集裝式雙端面機封結(jié)構(gòu)、零件材質(zhì)等進行有針對性的改造，對該泵C 8 B型機械密封存在的問題進行一一解決。

(1)改變兩套普通機封串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，由一組機封單獨組成，中間使用一個獨立的軸套，兩端為動環(huán)，中間配對兩組靜環(huán)，將彈簧數(shù)量減為一組。使構(gòu)簡單明了，大幅降低了零件的使用數(shù)量，從而減少密封點數(shù)量，有效的降低了泄漏的可能性。

(2)改變密封腔體結(jié)構(gòu)，可用于含顆粒及粘性介質(zhì)。由于減少使用了一組彈簧，動環(huán)分布在機械密封兩頭，中間的密封腔體容積變大。醋酸丁酯母液中，當(dāng)有細微顆粒及粘性等雜質(zhì)進入腔體后，可以有足夠的空間被密封液流在循環(huán)中快速將雜質(zhì)帶走，從而有效減少對動靜環(huán)密封面的磨損。

(3)將機封彈簧包裹在機封動靜環(huán)內(nèi)，沉浸在脫鹽水隔離液中，不受介質(zhì)溫度及腐蝕性影響。通過這種方法，使得彈簧不直接接觸介質(zhì)，在一級密封不泄漏的情況下，彈簧始終工作在二級脫鹽水的隔離液中；在一級密封少量泄漏的情況下，同樣可以由于二級密封液脫鹽水的循環(huán)稀釋，使彈簧的工況環(huán)境大為提升，不受介質(zhì)溫度及腐蝕影響，保證彈簧保持正常彈力，在密封面磨損時及時補償，在受到振動、竄動時起到緩沖的作用，從而保證機封的密封性能。

(4)改善安裝尺寸無法調(diào)節(jié)的情況。機封設(shè)計為一組機封單獨組成的結(jié)構(gòu)，外壓蓋與靜環(huán)的連接采用兩道O型圈密封，使安裝尺寸軸向可以有±3-5 mm的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)范圍；中間靜環(huán)兩邊動環(huán)的結(jié)構(gòu)，使機封在徑向可以有0.3 mm的范圍進行調(diào)節(jié)。軸向的3-5 mm大范圍調(diào)整預(yù)留空間，可以使安裝工作從容方便，可在惡劣工作環(huán)境中提高安裝效率。徑向的可調(diào)節(jié)范圍足以保證機械密封不受機泵運行過程中震動等情況的影響，同時，泵在長時間使用后，由于安裝尺寸可以調(diào)節(jié)，可以消除泵老舊產(chǎn)生的誤差，保證了機封的安裝使用效率。

(5)機封的彈性密封圈材質(zhì)改為全氟醚橡膠。全氟醚橡膠具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并且具有均質(zhì)性，表面沒有滲透、開裂和針孔等困擾。全氟醚橡膠同樣有優(yōu)異的耐高溫性能。耐熱性方面（以J I SK 6301等壓縮變形測試結(jié)果為基準(zhǔn)），全氟醚橡膠在300°C的高溫下，也能保持橡膠的彈性特征。在J I S K 6301壓縮永久變形試驗中，全氟醚橡膠產(chǎn)品的壓縮永久變形始終保持在50%以下。這證明了其在高溫下也能保持良好的彈性。這滿足了此泵溫度等方面的要求，使機封密封圈不會因密封面產(chǎn)生的熱較高而失效。

根據(jù)上述的改造措施，改造使用Z/HR 2型集裝式機械密封，解決因為C 8 B型機封結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不合理造成的機封軸向、徑向竄量無法調(diào)整等問題，同時采取改變密封圈材質(zhì)為全氟醚橡膠等措施，聯(lián)系煙臺龍港耐腐蝕泵有限公司將改造的機封生產(chǎn)制造出來，進行試用。

改造后的Z/HR 2型機封結(jié)構(gòu)如下圖所示。

改造后的Z/HR2型機封結(jié)構(gòu)圖

三、機封改造后的效果

我們對兩臺機泵試用改造后的機封，經(jīng)過長時間的運行試用檢驗，改造后機械密封完全滿足醋酸丁酯裝置蒸發(fā)器循環(huán)泵的使用工況。改造后機封具有以下優(yōu)點：

（1）大幅延長使用壽命。改造后的機封使用壽命達到一年左右，相比原裝機封的兩個月使用時間大幅提高。

（2）機封抗振性好。改造后的機封不僅安裝方便，而且對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感，使機泵在裝置加減量等運行工況改變的情況下正常使用，提高設(shè)備運行可靠性。

（3）改造后機械密封無論是技術(shù)、質(zhì)量、使用效果，還是規(guī)格尺寸，均能完全替代原裝機械密封，而且，個別部件比原裝機封部件性能更優(yōu)。

（4）改造后機械密封采購周期只需要2周，比原裝件采購周期8周縮短了6周時間，能夠及時保障生產(chǎn)需要。

（5）改造后機械密封使用成本僅需3萬元/套，而原裝機械密封則需要近4萬元/套，而且壽命的延長可以使一臺機泵一年時間少用5套機封，大大降低了使用成本。

通過對醋酸丁酯裝置耐腐蝕泵機械密封的成功改造，降低了設(shè)備事故率，提高設(shè)備作業(yè)率，減少了檢維修的工作量，降低了使用成本，取得了良好的經(jīng)濟效益，更重要的是保障了設(shè)備的安全穩(wěn)定長周期運行，達到了預(yù)期的目的。

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