糠醛離心泵密封改造

郭瑞博，劉建芳，葛廣新

（克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

2 套糠醛P-214 為單級懸臂式離心泵，它的進口壓力為常壓，出口壓力為0.8～1.0 MPa，介質(zhì)為糠醛，介質(zhì)溫度為180 ℃，該泵采用的雙端面密封為丹東密封（國產(chǎn)機封），輔助密封形式為輔助系統(tǒng)PLAN21+53B 形式，隔離液的壓力為0.5 MPa。該密封從2015 年6 月—2016 年7 月，出現(xiàn)密封泄漏5 次，使用壽命遠少于設(shè)計壽命?？啡┳鳛闈櫥途浦械倪x擇性溶劑，將潤滑油原料中的非理想組分溶解、分離，保留其理想組分，提高潤滑油質(zhì)量。它本身具有以下物理特性：25 ℃時密度，1.156 3 g/cm3；常溫下沸點，161.8 ℃；熔點，-36.5 ℃；閃點（開杯），56 ℃；38 ℃時運動黏度，0.907 mm2/s。

從2015 年安裝至今，密封泄漏出現(xiàn)的主要問題是介質(zhì)側(cè)動環(huán)聚四氟乙烯包覆硅橡膠O 形圈已經(jīng)高溫融化、飛邊，介質(zhì)側(cè)石墨端面也有較深磨痕，伴有干摩擦跡象，介質(zhì)側(cè)靜環(huán)聚四氟乙烯包覆硅橡膠O 形圈硬且較脆，已經(jīng)嚴(yán)重高溫碳化、變方，失去彈性，軸套介質(zhì)端有大量雜質(zhì)堆積，二級動靜環(huán)氟橡膠密封圈已經(jīng)溶脹，二級密封石墨靜環(huán)和SIC 動環(huán)端面磨痕較均勻，分析機封泄漏原因為密封腔溫度過高，介質(zhì)側(cè)動靜環(huán)密封圈高溫熔化、碳化、端面干摩擦等原因?qū)е率准墮C封失效，且二級密封的隔離液壓力低于介質(zhì)密封腔的壓力，未對二級密封起到保護作用，介質(zhì)倒流導(dǎo)致二級密封輔助密封圈溶脹，二級密封也失效，造成隔離液腔的補償環(huán)密封圈出現(xiàn)溶脹現(xiàn)象。部件如圖1所示。

圖1 部件照片

1 故障原因分析

從拆卸的情況來看，介質(zhì)側(cè)和隔離液側(cè)補償環(huán)密封圈都存在不同程度的磨損，介質(zhì)側(cè)密封動環(huán)與軸套之間結(jié)焦嚴(yán)重，隔離液側(cè)靜環(huán)存在開裂現(xiàn)象，動環(huán)未見明顯缺陷。

1.1 密封結(jié)構(gòu)不合適

由于介質(zhì)溫度180 ℃正好在廠家波紋管和彈簧密封設(shè)計的臨界點，泵廠采用的是彈簧串聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計首先要保證沖洗方案中的隔離液的換熱器必須完全循環(huán)，如果循環(huán)不好密封端面和輔助密封圈會直接受到溫度上升的影響，造成密封泄漏。機械密封的彈簧具有足夠的強度，耐介質(zhì)的腐蝕和在工作溫度下長期使用剛度不衰減或衰減很少，該機械密封中彈簧采用0Cr17Ni12Mo2（奧氏體不銹鋼），使用溫度-100～200 ℃，由于介質(zhì)溫度是180 ℃，在實際機泵運行中存在摩擦，使得密封處的介質(zhì)溫度大于180 ℃，超過彈簧密封的設(shè)計允許溫度，導(dǎo)致彈簧補償效果隨著時間的推移變差，引起密封泄漏。拆解機封也發(fā)現(xiàn)彈簧的彈力性變差。

1.2 介質(zhì)側(cè)補償環(huán)密封圈（O 形圈）密封效果不良

介質(zhì)側(cè)補償環(huán)密封圈采用全包覆的復(fù)合O 形圈，有效確保O 形圈的耐介質(zhì)性能、耐溫性和優(yōu)異的摩擦特性，硅橡膠則提供了密封圈極好的壓縮回彈特性，確保了復(fù)合密封圈具有較好的綜合性能。包覆O 形圈不僅可以防止密封圈由于局部應(yīng)力集中而損壞，而且有利于避免密封圈擠出，這個O 形圈密封中存在的固有問題。聚四氟乙烯提升了包覆O 形圈整體的強度，均勻穩(wěn)定的應(yīng)力分布保證了密封的穩(wěn)定性，因此選用包覆O 形圈可以有效提高補償環(huán)密封圈的密封效果。但聚四氟乙烯本身的線膨脹系數(shù)較大，且在負(fù)荷長期作用下，蠕變（蠕變是指在一定的溫度和恒定壓力作用下，材料的形變隨時間的增加而增大的現(xiàn)象）較大；PTFE 硬度較低，磨耗較大，導(dǎo)熱差，易造成熱膨脹、熱疲勞和熱變形。

由于在多彈簧集裝式密封中動環(huán)O 形圈安裝在軸套與動環(huán)配合處，不僅要求它們在動環(huán)與軸套之間起密封作用，而且要求其有很好的微動性。因為橡膠/金屬接觸副的微動運行特性直接決定了補償環(huán)的浮動性和追隨性，對主密封端面的間隙、泄漏量、壓力分布及液膜厚度等均有重要的影響。根據(jù)《密封用PTFE 復(fù)合材料的壓縮蠕變性能》的研究，純PTFE 及其復(fù)合材料的壓縮蠕變量均隨著載荷的增加和溫度的升高而變大。同時在摩擦過程中由于生熱會使PTFE 復(fù)合材料的溫度升高，引起蠕變量發(fā)生變化，導(dǎo)致摩擦界面接觸力發(fā)生一定的變化，從而進一步影響復(fù)合材料的摩擦磨損性能。因此采用全包覆的復(fù)合O形圈在密封溫度升高和橡膠/金屬接觸副的微動造成接觸表面磨損、加速疲勞裂紋的萌生與擴展，造成包覆O 形圈高溫碳化、變方，失去彈性[1]。

1.3 隔離液系統(tǒng)循環(huán)不良

系統(tǒng)采用白油作為隔離液，冷卻換盤管換熱面積為0.45 m2，出現(xiàn)故障時現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)，冷卻器冷卻水入口管線溫度約為25 ℃，出口管線溫度約為30 ℃，隔離液出密封腔處管線的溫度約為60 ℃，入密封處管線溫度42 ℃，高點放空處隔離液清潔無異物，冷卻器盤管不存在穿孔泄漏其表面也無明顯結(jié)垢現(xiàn)象，由此可判斷隔離液系統(tǒng)循環(huán)情況較好。同時將隔離液的壓力設(shè)定在0.4～0.5 MPa，壓力低于0.4 MPa 進行手動打壓，使壓力維持在0.4～0.5 MPa。

2 解決措施

2.1 對密封進行優(yōu)化和提高

本次介質(zhì)側(cè)補償結(jié)構(gòu)采用波紋管結(jié)構(gòu)，波紋管的材料選用哈氏合金，它具有耐高溫、耐腐蝕而且彈性好，且在高溫下能夠長期使用，剛度不會衰減，保證在使用過程中對密封端面的閉合力。

2.2 介質(zhì)側(cè)O 形圈材料提高

采用波紋管的結(jié)構(gòu)提高了密封的耐溫性，減少了一個輔助密封點，同時減少補償結(jié)構(gòu)的摩擦阻力，改善了追隨性，更好保證密封的使用效果。不存在介質(zhì)側(cè)密封圈失效問題。

3 總結(jié)

使用波紋管串聯(lián)彈簧形式的密封后，再加上通過良好操作和保養(yǎng)檢查，實現(xiàn)了密封壽命的延長，達到長周期運行的既定目標(biāo)，保證該泵的安全生產(chǎn)順利進行。