DMT46-50*4型尿素中壓甲銨泵機(jī)械密封的失效分析與優(yōu)化處理

馬燕超 李凌霄

摘 ?要：DMT46-50*4型中壓甲銨泵屬于對(duì)稱式多級(jí)離心泵，驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端軸封均采用四川日機(jī)集裝式機(jī)械密封，針對(duì)該泵在運(yùn)行過程中泵體兩端機(jī)械密封出現(xiàn)頻繁泄露情況，分析設(shè)備工況、介質(zhì)特性、機(jī)封結(jié)構(gòu)和密封材質(zhì)問題，通過優(yōu)化機(jī)封結(jié)構(gòu)、改變密封O型圈材質(zhì)和摩擦副材質(zhì)，較好的解決了軸封泄漏問題，節(jié)省維修費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行周期。

關(guān)鍵詞：對(duì)稱多級(jí)離心泵、機(jī)械密封、泄漏、優(yōu)化機(jī)封。

正文：

1 DMT46-50*4型中壓甲銨泵介紹

1.1工況簡(jiǎn)介

中壓甲銨泵是將尿素裝置低壓系統(tǒng)吸收提濃后的甲銨液輸送至中壓系統(tǒng)，經(jīng)過中壓尾氣吸收后送至高壓系統(tǒng)生成尿素。該泵流量為45m3/H，揚(yáng)程為200m，NPSHa/r為8/3.8，軸功率為49.7KW，正常運(yùn)行時(shí)流量為35-40m3/H，為避免甲銨液結(jié)晶，通常甲銨液溫度控制在99°以上，濃度控制在40%左右，因甲銨液為強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，低溫易結(jié)晶，成白色正方晶系、柱狀、板狀或片狀結(jié)晶性粉末[1]。

1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

DMT46-50*4型中壓甲銨泵為對(duì)稱式四級(jí)泵，其葉輪采用對(duì)稱布置，可基本消除軸向力，殘余軸向力由一對(duì)背靠背的角接觸球軸承承受，避免了竄軸對(duì)機(jī)封產(chǎn)生的致命影響，有效的增加機(jī)封的使用壽命。泵內(nèi)無(wú)平衡裝置，既無(wú)平衡盤的圓盤摩擦損失又無(wú)平衡回流損失，可以提高泵的效率，同時(shí)解決平衡裝置失效而導(dǎo)致泵的各種故障，延長(zhǎng)泵的使用壽命[2]。

1.3 軸封形式

該泵驅(qū)動(dòng)端與非驅(qū)動(dòng)端的軸封均采用四川日機(jī)集裝機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)為單端面平衡型機(jī)封，動(dòng)、靜環(huán)材質(zhì)為浸銻石墨與硬質(zhì)合金，動(dòng)環(huán)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)為單彈簧，輔助密封O型圈材質(zhì)為氟膠23。機(jī)封沖洗方案采用PLAN11，所有與工藝介質(zhì)接觸的部件和沖洗系統(tǒng)管線，其材質(zhì)為316L，保證機(jī)封沖洗附屬設(shè)備的耐蝕性和工作穩(wěn)定性。

1.4 運(yùn)轉(zhuǎn)情況

2016年10月份，40萬(wàn)尿素裝置系統(tǒng)投用中壓甲銨泵，運(yùn)轉(zhuǎn)一周后，機(jī)封出現(xiàn)泄漏，更換備用機(jī)封后，維持半月左右再次出現(xiàn)泄漏，這種狀況持續(xù)兩個(gè)月左右。這兩個(gè)月份出現(xiàn)的泄漏情況基本一致，都屬于大股泄漏狀[3]。

2016年12月份，與四川日機(jī)廠家聯(lián)系，將驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端機(jī)封O型圈更換AFLAS材質(zhì)，為聚四氟乙烯和碳?xì)浔┕簿畚?，具有較好的耐水蒸氣和耐堿能力。正常運(yùn)行一個(gè)月左右，機(jī)封又出現(xiàn)泄漏，這種狀況持續(xù)三個(gè)月左右，這次泄漏和上次不同，屬于滲漏型，呈小股細(xì)流狀。

2 中壓甲銨泵軸封泄漏的失效分析

2.1 軸封泄漏

簡(jiǎn)單介紹兩次不同階段的中壓甲銨泵機(jī)械密封裝置情況。起初，中壓甲銨泵機(jī)械密封零部件，動(dòng)靜環(huán)摩擦副材料不同，動(dòng)環(huán)為浸銻石墨，靜環(huán)為導(dǎo)熱性能良好的硬質(zhì)合金，靜環(huán)為寬面，動(dòng)環(huán)為窄面;輔助密封O型圈材質(zhì)為氟膠23，動(dòng)環(huán)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)為單彈簧。2016年10月份出現(xiàn)泄漏，發(fā)現(xiàn)O型圈材質(zhì)硬化問題導(dǎo)致機(jī)封泄漏后，更換AFLAS材質(zhì)O型圈，代替硬化O型圈，機(jī)封重新安裝后，正常運(yùn)行一個(gè)月，于2016年12月份，該泵機(jī)封又出現(xiàn)頻繁滲漏，觀察分析因摩擦副動(dòng)環(huán)端面磨損引起泄漏，2017年3月份聯(lián)系廠家更換新的摩擦副材質(zhì)，新摩擦副采用有壓燒結(jié)的碳化硅+碳化硅，輔助密封O型圈采用全氟醚材質(zhì)，更換新機(jī)封后，機(jī)泵運(yùn)行正常，機(jī)封無(wú)泄漏現(xiàn)象。

2.2 原因分析

第一階段，2016年10月份，機(jī)泵投用一周后因機(jī)封泄漏問題，按照工藝部門要求將中壓甲銨泵機(jī)封拆卸，將密封部件解體后發(fā)現(xiàn)：機(jī)封動(dòng)、靜環(huán)接觸面良好，除動(dòng)靜環(huán)O型圈硬化失效導(dǎo)致變形外，其他均沒問題，O型圈已經(jīng)硬化呈方形，是導(dǎo)致密封失效的主要原因。在實(shí)際生產(chǎn)工藝中，中壓甲銨泵輸送甲銨水溶液，正常工況下溫度在70-90℃，輸送甲銨必須處于液相狀態(tài)，并且要保證輸送溫度必須高于甲銨的結(jié)晶溫度，壓力必須高于甲銨熔點(diǎn)以上溫度所對(duì)應(yīng)的平衡蒸汽壓，這就決定了機(jī)封所受溫度會(huì)較高且有腐蝕性，所以機(jī)封相關(guān)零部件材質(zhì)必須具有耐高溫老化性和腐蝕性，這是O型圈材出現(xiàn)硬化的主要原因，也是引起機(jī)封泄漏的主要原因。從這次機(jī)封泄漏可以得出如下結(jié)論：O型圈硬化引起機(jī)封泄漏呈均勻流水狀，因設(shè)備投用時(shí)間短，機(jī)封摩擦副磨損不明顯。

第二階段，2016年12月份將，機(jī)封更換O型圈AFLAS材質(zhì)后，中壓甲銨泵運(yùn)行一個(gè)月后，機(jī)封又出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，拆卸后，將密封部件解體發(fā)現(xiàn)以下情況。

①機(jī)械密封動(dòng)環(huán)有整體磨損，表面伴有藍(lán)綠色晶體引起的細(xì)小均勻劃痕;

②機(jī)械密封靜環(huán)為硬質(zhì)合金，無(wú)磨損，表面光滑平整;

③輔助密封O型圈，為AFLAS材質(zhì)O型圈，很軟無(wú)變形硬化現(xiàn)象;

④彈簧無(wú)腐蝕，回彈靈活;

⑤動(dòng)環(huán)與動(dòng)環(huán)座支座之間略有結(jié)晶，動(dòng)環(huán)動(dòng)作靈活，軸與軸套間有白色甲胺液結(jié)晶體。

從圖中分析可以看出，此泵機(jī)械密封摩擦副材質(zhì)不一樣，圖1可看出僅有動(dòng)環(huán)出現(xiàn)磨損，其材質(zhì)為石墨，硬度較硬質(zhì)合金較低，且輸送介質(zhì)又結(jié)晶，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)端面有細(xì)小劃痕，加之擦副接觸面工況不穩(wěn)定，出現(xiàn)摩擦副端面有液膜汽化的干摩擦現(xiàn)象，不利于介質(zhì)沖洗液生成潤(rùn)滑油膜，導(dǎo)致摩擦副磨損嚴(yán)重，是此次機(jī)封泄漏的主要原因。此次機(jī)封泄漏可以得出如下結(jié)論：因摩擦副材質(zhì)不同，動(dòng)環(huán)受到介質(zhì)結(jié)晶劃痕影響，造成機(jī)封泄漏。

3 結(jié)論

2017年3月份，因機(jī)泵運(yùn)行周期短，環(huán)保檢查嚴(yán)格，總結(jié)前面經(jīng)驗(yàn)的情況下，將機(jī)封結(jié)構(gòu)和部分材質(zhì)進(jìn)行徹底優(yōu)化：將機(jī)封單彈簧改為多彈簧盒式，保證機(jī)封受力補(bǔ)償均勻，動(dòng)靜環(huán)摩擦副采用最新改進(jìn)的有壓燒結(jié)形式的碳化硅+碳化硅材質(zhì)，O型圈采用全氟醚材質(zhì)，這樣不僅解決了O型圈腐蝕問題，也改善了動(dòng)靜環(huán)材質(zhì)硬度及耐結(jié)晶的問題，使泵在高溫、結(jié)晶和腐蝕性的介質(zhì)情況下，仍可以穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)封無(wú)泄漏。DMT46-50*4型中壓甲銨泵，在經(jīng)過多次改造和最終優(yōu)化后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)封無(wú)泄漏，運(yùn)行周期長(zhǎng)達(dá)一年左右。

參考文獻(xiàn)

[1] ?張小峰.采掘機(jī)械浮動(dòng)密封失效分析和改進(jìn)措施[J].煤礦機(jī)械，2020，41（07）：144-146.

[2] ?張玉海.化工機(jī)械密封故障原因及解決策略[J].中國(guó)設(shè)備工程，2020（12）：143-144.