探析氯堿化工機械設(shè)備中泵密封技術(shù)的應(yīng)用

陳小虎 萬智紅

（1.天偉化工有限公司，石河子 832012；2.新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石河子 832012）

氯堿機械是利用NaOH、Cl2和H2等原料進行化工生產(chǎn)的機械設(shè)備。為滿足化工生產(chǎn)需要，通常需借助泵類設(shè)備完成化學(xué)流體的運送。泵類設(shè)備在工作過程中極易因泵密封不良引發(fā)泵內(nèi)壓力不足、有毒化學(xué)流體泄漏和氣體輸送不到位等問題，對化工生產(chǎn)質(zhì)量及人員生命健康構(gòu)成威脅，因此需科學(xué)利用泵密封技術(shù)。

1 氯堿化工機械運行常見故障

1.1 摩擦失效

氯堿化工機械運轉(zhuǎn)過程主要依靠動環(huán)端面與靜環(huán)端面的相互摩擦控制設(shè)備進行工業(yè)生產(chǎn)。當設(shè)備長期處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，兩者摩擦將使兩端面間的溫度持續(xù)升高，在溫升超出限值后會引發(fā)摩擦失效問題，致使設(shè)備的密封件發(fā)生偏移，發(fā)生化學(xué)流體泄漏[1]。為避免因摩擦失效引發(fā)的設(shè)備故障問題，工作人員需做好氯堿機械設(shè)備兩端面的防護處理，控制兩端面的相對位置與距離保持不變，并通過增設(shè)防護層來攔截泄漏的化學(xué)流體，進而保障工作人員的生命安全。

1.2 過熱損傷

氯堿機械在運行過程中受原料反應(yīng)和摩擦生熱等因素的影響，會使設(shè)備內(nèi)部溫度持續(xù)升高。冷卻系統(tǒng)因熱力作用而受到干擾，導(dǎo)致其受熱開裂，破壞設(shè)備原有的密封性并引發(fā)化學(xué)流體泄漏等問題。設(shè)備內(nèi)部溫升還有可能導(dǎo)致其內(nèi)部組件變形，造成不可逆損傷，縮短設(shè)備使用壽命，影響工業(yè)生產(chǎn)。

1.3 密封失效

為解決因摩擦生熱引發(fā)的密封失效問題，通常選用清洗設(shè)備和向密封面或零部件之間添加潤滑劑的方式進行防護處理，從而減少部件間的摩擦阻力并降低升溫速率。然而，在清洗設(shè)備的過程中，若清洗劑或潤滑劑中摻雜有一定量的雜質(zhì)，會使密封面或部件連接節(jié)點處形成雜質(zhì)堆，嚴重影響設(shè)備的運行狀況與密封性能，最終導(dǎo)致設(shè)備密封失效。

1.4 零件腐蝕

泵設(shè)備在化工生產(chǎn)過程中承擔(dān)運輸流體介質(zhì)的功能。此類化學(xué)流體介質(zhì)帶有較強的腐蝕性，長期運行將導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部零件受損而影響化工生產(chǎn)的效率。密封零件被腐蝕會導(dǎo)致化學(xué)流體泄漏，嚴重威脅相關(guān)人員的安全。為解決零件腐蝕問題，一方面需及時更換受損零件，另一方面需引入泵密封技術(shù)增強機械設(shè)備的密封性能，并利用具有良好抗腐蝕性能的材料為設(shè)備提供防護，從而有效延長設(shè)備使用壽命并提高設(shè)備運行性能。

2 泵密封技術(shù)類型與具體應(yīng)用要點

2.1 泵密封技術(shù)應(yīng)用類型與要點

2.1.1 干氣密封

干氣密封技術(shù)具有成本低、操作簡單和性能穩(wěn)定等應(yīng)用優(yōu)勢。使用該技術(shù)時無需與密封面直接接觸，其能有效克服摩擦阻力、延緩升溫速率和延長設(shè)備使用壽命。兩密封面間隙較小，有助于提高氣膜的凝實度，優(yōu)化密封效果，為泵類設(shè)備的密封處理提供技術(shù)支持。在實際應(yīng)用干氣密封技術(shù)時，研發(fā)人員要合理設(shè)計螺旋槽的槽型。當化學(xué)氣體和流體在設(shè)備內(nèi)部經(jīng)過動環(huán)、靜環(huán)接觸面時，位于接觸面上的螺旋槽將直接影響密封效果，因此需保證槽內(nèi)存在高壓氣體區(qū)，以提高氣膜的強度。氣膜施加的壓力會增加動環(huán)和靜環(huán)兩接觸面間連接的緊密度，由此保持設(shè)備良好的密封性能。另外，需完善干氣密封的布置工作，例如采用外壓式雙端面干氣密封方式進行泵設(shè)備的密封處理，選取兩同等規(guī)格的干氣密封設(shè)備以背靠背相對的形式布置，借此可在設(shè)備灌入氮氣時保持較大的氣阻，生成氣壓約為0.2MPa的氣膜，利用較高壓力起到阻止內(nèi)外互通的效果，從而有效發(fā)揮隔離作用[2]。

2.1.2 物理密封

物理密封技術(shù)具有成本低和操作便捷等特點，適用于密封性要求較低且體積較小的情況。物理材料的質(zhì)量直接影響該技術(shù)的應(yīng)用效果。目前，物理密封方式主要應(yīng)用的材料包括O型橡膠圈、填料和毛氈等。另外，密封材料大小的選擇需結(jié)合氯堿機械的規(guī)格和體積，并按順序?qū)⒉牧细采w在設(shè)備外側(cè)。該方法僅適用于保障生產(chǎn)現(xiàn)場其他設(shè)備的安全，無法發(fā)揮對設(shè)備自身密封性能的改善作用，因此不具備消除缺陷的功能。

2.1.3 離心力密封

離心力密封是在設(shè)備滑動軸承連接部位噴灑潤滑油，并在泵管中增設(shè)擋油環(huán)，同時沿流體流向路徑安裝離心葉片，從而整體協(xié)作控制流體在泵內(nèi)的流向，促使泵內(nèi)流體始終向正確的方向流動。部分流體流向離心葉片方向時，會在接觸到離心葉片后受葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力影響而回流，由此循環(huán)即可保證泵內(nèi)流體始終沿正確的路徑流動，避免出現(xiàn)化學(xué)流體泄漏的問題。此外，添加潤滑油來減小軸承連接部位的摩擦損耗或升溫問題，以保持較小的間隙，優(yōu)化密封效果。在使用離心力密封方式時，旋轉(zhuǎn)軸密封的選型需結(jié)合設(shè)備規(guī)格和型號。常見的密封形式包含以下3種。第一，接觸式密封形式。該形式利用物理密封方式中選用的O型橡膠圈、填料和毛氈等原材料，與離心力密封方式中應(yīng)用的離心葉片進行組合，既保障了正常運行環(huán)境下較好的密封效果，又進行了設(shè)備整體的密封處理，延長了設(shè)備的使用壽命，提高了密封的可靠性。第二，非接觸式密封形式。這種形式是離心力密封技術(shù)中的常用形式。在密封艙內(nèi)采用徑向、軸向迷宮與油溝3種設(shè)計方式來降低流速，并在流體流動路徑的終點位置增設(shè)離心葉片來進一步降低流動速度。但是，增設(shè)離心葉片的技術(shù)在應(yīng)用中涉及能耗問題，并且無法實現(xiàn)精確控制與調(diào)節(jié)泵內(nèi)流體流速。另外，離心葉片轉(zhuǎn)速過低將無法有效規(guī)避密封泄漏問題，因此需保障電能的充足供應(yīng)，使離心葉片維持較高的轉(zhuǎn)速。第三，聯(lián)合密封形式。這種形式是接觸式和非接觸式兩種形式的結(jié)合，利用O型密封圈、軸向迷宮與離心葉片配合進行密封處理。該密封形式可適當降低對能耗的要求，且密封效果明顯優(yōu)于其他兩種形式，具備較好的適用 價值。

2.2 泵密封技術(shù)在設(shè)備運維中的應(yīng)用

2.2.1 機械密封設(shè)計改良

氯堿化工設(shè)備自身的機械性能是影響密封效果的先決條件，因此需結(jié)合化工產(chǎn)品生產(chǎn)需求改良機械密封設(shè)備。在原料選擇環(huán)節(jié)，研發(fā)人員應(yīng)選取密封效果好和使用壽命長的O型橡膠圈、摩擦副等作為密封件材料，并結(jié)合機械設(shè)備運行過程中的溫度條件和腐蝕情況等，總結(jié)分析影響密封效果的因素與工況條件，以優(yōu)化密封件的材料性能。在設(shè)備運行過程中，操作人員應(yīng)及時檢查內(nèi)部零件狀態(tài)，若密封圈等材料出現(xiàn)磨損和失效等問題時，需及時進行更換處理。

2.2.2 沖洗介質(zhì)控制

在泵體設(shè)備運行過程中需使用清洗劑沖洗設(shè)備。沖洗介質(zhì)與沖洗方式將影響泵體的密封效果。在沖洗過程中常采用兩種方式：一種是自沖洗方式，屬于工作介質(zhì)；另一種是工藝液沖洗方式，屬于相對潔凈的方式[3]。在針對泵密封件進行沖洗時，操作人員需合理控制沖洗介質(zhì)的流量、溫度與壓力等指標，并結(jié)合沖洗情況進行動態(tài)調(diào)整，同時增設(shè)沖洗液過濾裝置用于濾除沖洗介質(zhì)中的雜質(zhì)，并且在沖洗管道處增設(shè)止回閥，防止沖洗帶密封損壞引發(fā)流體泄漏問題，從而保證沖洗質(zhì)量。

2.2.3 安裝與操作維護

為保證氯堿化工機械設(shè)備的使用壽命與性能，操作人員需重視設(shè)備的安裝。首先，操作人員需綜合考慮外部環(huán)境并做好防范措施，在穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境下進行機械設(shè)備與密封件的安裝，從而保證密封件性能的發(fā)揮。其次，操作人員要調(diào)節(jié)好安裝誤差，在安裝前明確裝配公差、軸表面粗糙度、測量指標和尺寸精確度等參數(shù)，及時查看元器件的工況，重點檢查動環(huán)和靜環(huán)兩端面的表面質(zhì)量，確保密封端面的平整度與清潔度。再次，操作人員在安裝環(huán)節(jié)要做好軸和殼體等不同零部件的定位，避免因零部件松動產(chǎn)生磨損和變形等問題，并通過適量添加潤滑油減小零部件的摩擦。最后，在維護作業(yè)環(huán)節(jié)，當操作人員在檢查中發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在泄漏現(xiàn)象時，需及時停止泵體設(shè)備的運轉(zhuǎn)，查明引發(fā)密封失效的原因與具體部位，并采取有效措施檢修設(shè)備，保證裝置安全穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

泵設(shè)備密封性能直接影響化工生產(chǎn)的質(zhì)量，因此需深入分析各類常見故障的原因，在此基礎(chǔ)上運用干氣、物理和離心力等密封技術(shù)手段優(yōu)化設(shè)備密封性能，并結(jié)合機械生產(chǎn)要求進行設(shè)備改良，提升沖洗介質(zhì)質(zhì)量和密封安裝工藝水平，保證氯堿化工機械的正常生產(chǎn)以提高效益。