再生堿液泵機(jī)械密封失效分析和技術(shù)改造

謝斌安

摘 要：對(duì)于聚甲醛單體裝置再生堿液泵機(jī)械密封頻繁失效的原因進(jìn)行分析，通過(guò)改進(jìn)機(jī)械密封材質(zhì)和增設(shè)合適的沖洗液而取得良好的密封效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封；泄漏；分析；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.030

0 前言

聚甲醛單體裝置再生堿液泵（位號(hào)：1CPQ23）是再生堿液槽（位號(hào)：1CVQ23）底部外送泵，它將槽內(nèi)的廢堿液打到堿液再生蒸發(fā)器（位號(hào)：1CSQ41）內(nèi)進(jìn)行蒸發(fā)再回收。該泵在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常頻繁泄漏，更換新的機(jī)械密封后有時(shí)一周左右就開(kāi)始輕微泄漏，一個(gè)月內(nèi)漏量持續(xù)增大，最終導(dǎo)致無(wú)法正常使用。嚴(yán)重影響了裝置正常運(yùn)行和環(huán)保達(dá)標(biāo)以及操作人員的安全。

1 基本情況

該泵為單吸懸臂臥式離心泵（型號(hào)：D11-32），該泵的機(jī)械密封采用集裝單端面機(jī)械密封型號(hào)：CSS-30-JJZ1-AZC1092SSV01），動(dòng)環(huán)和靜環(huán)材質(zhì)均為碳化硅，沒(méi)有密封沖洗水。期間由于無(wú)備件，多次帶病運(yùn)行。平均使用壽命不到一個(gè)月，將失效的機(jī)械密封解體，發(fā)現(xiàn)損壞情況如下：

（1）動(dòng)環(huán)和靜環(huán)有環(huán)裝的磨損，嚴(yán)重時(shí)有裂紋。

（2）動(dòng)環(huán)座和軸套之間間隙小不易拆卸。

（3）密封腔內(nèi)有白色的晶體顆粒和雜質(zhì)。

（4）機(jī)械密封的O型圈沒(méi)彈性，硬化、脆裂。

2 失效分析

該泵的機(jī)械密封是靠一對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力作用下保持貼合而達(dá)到阻漏的軸封裝置，而從該泵損壞的情況看主要是由于端面失效以及密封材質(zhì)和介質(zhì)相容導(dǎo)致的，結(jié)合泵的介質(zhì)和運(yùn)行分析如下：

（1） PQ23運(yùn)行介質(zhì)主要是廢堿液，堿液中含有二氧五環(huán)（Dioxolane），而二氧五環(huán)是一種優(yōu)良的有機(jī)溶劑對(duì)晴橡膠等材質(zhì)有腐蝕，而機(jī)械密封的O型圈材質(zhì)要求必須有壓縮性、回彈性并且在運(yùn)行介質(zhì)中不軟化、不分解、不硬化、不脆裂。該泵機(jī)械密封內(nèi)的O型圈材質(zhì)為晴橡膠，失效時(shí)發(fā)現(xiàn)有硬化和脆裂的現(xiàn)象。所以判斷應(yīng)該是運(yùn)行介質(zhì)對(duì)泵密封有一定的腐蝕，最終導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。

（2）機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的密封是靠彈性元件（彈簧、波紋管等）和密封液體壓力在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生一適當(dāng)?shù)膲壕o力（比壓）使兩個(gè)光潔、平直的端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的作用。這層膜具有液體動(dòng)壓力與靜壓力，它起著平衡壓力和潤(rùn)滑端面的作用。兩端面之所以必需高度光潔平直是為了給端面創(chuàng)造完美貼合。PQ23泵運(yùn)行狀態(tài)為間歇運(yùn)行，由于該泵沒(méi)有沖洗水所以動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間的液體膜就為自身的介質(zhì)，而泵在停止?fàn)顟B(tài)下泵內(nèi)部溫度降低，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)之間殘留的堿液形成晶體，當(dāng)再次使用泵時(shí)晶體就和機(jī)械密封內(nèi)的動(dòng)靜環(huán)摩擦導(dǎo)致密封磨損或開(kāi)裂，引起機(jī)械密封泄漏。

（3）彈簧性能的發(fā)生變化也會(huì)直接影響機(jī)械密封端面比壓。一般情況下彈簧在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后長(zhǎng)度會(huì)縮短，補(bǔ)償彈簧在動(dòng)環(huán)上的機(jī)械密封還會(huì)因?yàn)殡x心力的原因而變形。但因堿液易結(jié)晶，所以當(dāng)泵停運(yùn)后堿液也會(huì)在彈簧上形成堿液結(jié)晶物，導(dǎo)致彈簧加荷裝置失效，從而引起密封大量泄漏。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)泵失效的原因的分析，我們有針對(duì)性的從兩個(gè)方面對(duì)泵進(jìn)行了改造：

3.1 改變機(jī)械密封材質(zhì)

3.2 用50℃熱水作為沖洗液

（1）將沖洗液加在泵入口，不影響工藝使用。

（2）引入外系統(tǒng)50℃熱水到泵密封腔作為沖洗，由于介質(zhì)為堿液所以為了能保證沖洗液效果，沖洗液壓力應(yīng)比被密封介質(zhì)大0.05--0.1MPA，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生對(duì)密封件的沖蝕。為此需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般沖洗液的流速應(yīng)小于5m/s，含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為達(dá)到上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應(yīng)0.5MPa，一般取單端面密封取0.05--0.1MPa，而50度熱水壓力為0.45MPa泵介質(zhì)壓力為0.4MPa剛好符合要求，沖洗液進(jìn)入和排出密封腔的孔口位置，應(yīng)設(shè)置在密封端面四周，且應(yīng)在靠近動(dòng)環(huán)側(cè)，必要時(shí)，沖洗液可以是熱水，而50℃溫度能夠很好的溶解堿液晶體，達(dá)到?jīng)_洗效果。改造工藝流程圖如圖1：

（3）主要操作方法：PQ23泵是間歇使用，當(dāng)VQ23內(nèi)的介質(zhì)液位漲到一定值時(shí)啟動(dòng)泵將VQ23內(nèi)介質(zhì)打空后泵停止運(yùn)行。然后打開(kāi)泵入口50度沖洗水管線對(duì)泵進(jìn)行充分沖洗后，將泵入口密排打開(kāi)進(jìn)行排液，排完后將沖洗水和密排關(guān)閉。所以每次使用泵后必須采取此操作既能保證密封腔的沖洗效果，同時(shí)也能解決堿泵長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)盤(pán)不動(dòng)車的問(wèn)題。

再生堿液泵自2012年3月改造完畢后現(xiàn)場(chǎng)投用情況來(lái)看，密封效果得到了明顯的改善，使用壽命從原來(lái)不到一個(gè)月提高到能正常使用三到五個(gè)月，因此不但提高了泵使用周期也減少了維護(hù)和檢修費(fèi)用，為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡鍋楨.化工密封技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，1994（33）.

[2]王汝美.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問(wèn)答[M].中國(guó)石化出版社，1996（03）.

[3]郝木明.機(jī)械密封技術(shù)及應(yīng)用[M].中國(guó)石化出版社，2010（04）.

[4]趙林源.機(jī)械密封實(shí)用方法與技巧[M].石油工業(yè)出版社，2009（03）.