多級臥式離心泵機械密封安裝孔維修分析

陳小虎

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

多級臥式離心泵的高低壓密封通常采用機械密封型式方法，同其他內(nèi)裝式機械密封方法類似，機械密封都是由摩擦副、緩沖補償機構(gòu)以及輔助密封圈組成。

1 多級臥式離心泵機械密封概述

1.1 基本情況

多級臥式離心泵基于物理學(xué)中的離心力原理，通過葉輪葉片的轉(zhuǎn)動，將水轉(zhuǎn)動并甩出，進而有效實現(xiàn)最終目的。通常而言，離心泵在使用性能上又可以劃分為工業(yè)用泵和民用用泵，經(jīng)常應(yīng)用于冶金行業(yè)、化工行業(yè)以及紡織行業(yè)等。多級臥式離心泵具有運行平穩(wěn)、維修簡易方便的特征?？v觀人類石油開發(fā)史，海上石油開采可以被看作是陸地石油開發(fā)的另一種延續(xù)。海上原油主要就是通過采油泵獲取原油到生產(chǎn)平臺，再將其通過原油分離器處理、原油外輸泵加壓、輸送到浮式儲油輪處理，最后完成整個原油開采過程。

1.2 密封結(jié)構(gòu)

多級臥式離心泵機械密封通常由墊片、壓蓋、靜環(huán)密封圈、靜環(huán)、動環(huán)、動環(huán)密封圈、推環(huán)、彈簧元件以及傳動座組成。以彈簧作為主要元件構(gòu)成的則是緩沖補償機構(gòu)，以靜環(huán)密封圈以及動環(huán)密封圈為主要元件構(gòu)成的則是輔助密封圈，顧名思義，輔助密封圈的主要作用就是進行輔助密封，通常根據(jù)截面可以將其劃分為楔形環(huán)以及O 形圈等。而動環(huán)密封圈則可以有效防止介質(zhì)因為動環(huán)軸的作用而發(fā)生泄露。通過安裝離心泵機械密封，可以有效發(fā)揮密封作用，避免泄露介質(zhì)。

2 多級臥式離心泵機械密封安裝孔腐蝕研究

2.1 材料

多級臥室離心泵機械密封主體材料為SS316，SS316不銹鋼是典型的含鉬不銹鋼種，SS316 不銹鋼的性能優(yōu)于SS310 和SS304 不銹鋼，具有較強的耐腐蝕性，材料組成方面，碳占比最高。離心泵泵殼材質(zhì)通常采用鑄鐵泵,填料密封。由于泵外部壓力很高,所以應(yīng)該有效避免在泵進口處出現(xiàn)汽蝕的現(xiàn)象,對于過流部件可以通過應(yīng)用具備耐腐蝕性和抗電化學(xué)腐蝕的物質(zhì)材料，避免因為外界溫度溫度變化影響材料，導(dǎo)致變形。而多級臥式離心泵的泵殼材料是SA216WCB鋼，它的特點是強度較高，鑄造性較強，但與此同時，很容易遭到腐蝕，特別是當原油中含水量很大或者含鹽量很高的時候，泵殼材料表面極易被腐蝕。因為分離裝置處理能力有限，同時每次處理產(chǎn)量容量有限，導(dǎo)致通過泵殼材料運送的原油中的水分含量難以實現(xiàn)有效的減少。因此，通過改善泵殼機械密封裝孔表面耐腐蝕性能，能夠有效延長機械運作時長，提高機械密封壽命。

2.2 表面粗糙程度

離心泵零件在運作過程中，長期處于潮濕空氣中，很容易滋生各種腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，因此多級臥式離心泵機械密封安裝孔的表面很容易被腐蝕。除了化學(xué)腐蝕之外，常見的還有電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕通常是指金屬和電解質(zhì)通過相互作用，可以構(gòu)成腐蝕原電池，在其表面產(chǎn)生小鼓包。日常生活中典型的電化學(xué)腐蝕諸如氧氣作為電解質(zhì)，和金屬鐵相互作用構(gòu)成腐蝕原電池。由于金屬鐵的電極電位比氧低，所以氧作為正極，金屬鐵作為負極，被腐蝕。這種腐蝕是因為在金屬表面會由于電解質(zhì)的相互作用吸附水膜，水膜中含有少量的氫離子和氫氧根離子，共同構(gòu)成電解質(zhì)溶液，使得作為負極的金屬被氧化失去電子，遭到腐蝕。在電化學(xué)腐蝕作用下，會受到安裝孔表面粗糙度的影響。通常而言，如果安裝孔表面粗糙，腐蝕程度則會更加嚴重。常用的防腐方法有覆蓋層保護、電化學(xué)保護以及緩蝕劑保護等。

3 多級臥式離心泵機械密封安裝孔維修方案分析

3.1 安裝孔維修工藝評估

多級臥式離心泵在進行初期維修的過程中往往是通過原生產(chǎn)廠家進行的，其主要操作流程是對泵殼機械密封安裝孔表面存在的腐蝕與缺陷進行檢測，并進行同等材質(zhì)的焊補以及相應(yīng)的普通鏜孔處理。由于焊補所使用的材料與原有安裝孔一致，加上焊補過程中一直處于高溫階段，因此在維修以后的安裝孔耐腐蝕性能會得到的明顯的下降；而在焊補后進行普通鏜孔處理會顯著提升安裝孔表面的粗糙程度，對其耐腐蝕性能也將會產(chǎn)生不利影響；另外，反復(fù)對安裝孔進行焊補也會降低其整體力學(xué)性能，導(dǎo)致使用壽命的縮短。結(jié)合實際的維修情況來看，相較于之間的使用，機械密封更換量顯著增加，泵的正常運行時間也得到明顯縮短，因此，企業(yè)必須對多級臥式離心泵安裝孔的維修工藝進行優(yōu)化與改進。

3.2 維修方案的分析與選擇

（1）安裝可互換錐套。為了進一步提升多級臥式離心泵泵殼機械密封安裝孔表面的抗腐蝕能力，可以在安裝孔加工的時候?qū)⑵浼庸殄F狀，并配備相應(yīng)的錐套。安裝可替換的錐套可以有效應(yīng)對安裝孔表面的腐蝕問題，當錐套受腐蝕比較嚴重的時候可以直接更換錐套。但是在應(yīng)用該方法的過程中也存在一定問題，加工安裝孔為錐孔的時候會受到泵殼貫穿螺栓孔具體位置的制約，會對錐套的厚度提出一定要求，進而將會導(dǎo)致錐套的厚度難以滿足安裝孔的運行強度要求。

（2）電鍍硬鉻。電鍍硬鉻也是當前常見的一種安裝孔密封方案，該方案的實施主要考慮到電鍍層具有操作成熟、吸附力強的特點，而鉻也具備著很高的耐腐蝕性能與機械強度，因此在安裝孔表面實施電鍍硬鉻方案具有一定的可行性。該方案在實施的過程中，為滿足電鍍要求需要先將密封安裝孔加大0.5mm，并在電鍍完成之后留出0.5mm 的機加工余量，最后再將其加工的標準的尺寸。在實際操作的過程中可以看出電鍍硬鉻也存在著較大的改良空間：一方面，對兩個安裝孔進行電鍍處理至少需要兩周時間，因此使用電鍍硬鉻工藝的工程周期較長；另一方面，電鍍液的排放會造成環(huán)境污染，而再對其進行環(huán)保處理將會顯著提升其工藝成本，因此雖然電鍍硬鉻方案可以提升安裝孔的孔耐腐蝕性能與密封效果，但額外的限制條件使其難以在安裝孔加工中得到大規(guī)模應(yīng)用。

（3）燒焊Inconel625。結(jié)合資料分析與技術(shù)借鑒，可以在在安裝孔表面采用燒焊Inconel625 的方案，該方案的主要優(yōu)勢有：Inconel625 屬于鎳鉻鉬合金，因此具有較好的耐腐蝕性能；該方案的實施嚴格符合美國焊接協(xié)會AWS 5.14規(guī)范當中的具體規(guī)定；而且燒焊Inconel625 可以直接在大修車間內(nèi)完成，不僅顯著節(jié)省了維修時間與維修費用，還起到了生態(tài)環(huán)保的作用。

結(jié)合上述的三種方案可以得出，燒焊Inconel625 是其中最為理想的修理方案，在實際實施的過程中，需要在多級臥式離心泵經(jīng)過一定運行周期以后對安裝孔進行檢查，如果表面沒有腐蝕痕跡則不需要再進行修理，進而有效縮短了維修周期，間接提升了經(jīng)濟效益。

3.3 安裝孔加工工藝優(yōu)化

（1）應(yīng)用特點與技術(shù)參數(shù)分析。臥式多級離心泵在運行過程中沿軸線水平剖分，上泵與下泵殼之間通過纖維墊片完成密封操作，而軸承則對軸系和泵體孔位進行定位。與此同時，所有的孔位都需要在密封完成后在在鏜床上進行加工，保證可以將其尺寸精度與表面粗糙度控制在IT7 級、Ra3.2以內(nèi)。同時可以選擇T611B 型臥式鏜床進行加工，進而有效滿足密封孔技術(shù)參數(shù)的實際要求。

（2）密封孔普通鏜削技術(shù)問題。將臥式多級離心泵固定在鏜床工作臺上以后，在使用鏜刀對密封孔進行粗加工的時候會出現(xiàn)細小的崩邊現(xiàn)象，這主要是因為殼體材料較硬而墊片材料較軟，鏜刀在不同硬度之間過渡的時候?qū)Ξa(chǎn)生切削力的變化沖擊，進而產(chǎn)生相應(yīng)的崩邊問題，對后續(xù)密封和安裝過程都會產(chǎn)生一定程度上的不利影響。

（3）工藝及成果分析。將泵殼固定在鏜床上以后，應(yīng)保證泵殼孔系中心線與鏜床中心線保持一致；同時在加工的過程中，由平旋盤控制磨削工裝旋轉(zhuǎn)，保證砂輪可以在氣動裝置的驅(qū)動下對安裝孔實施內(nèi)圓行星磨削，并預(yù)留出0.2mm的磨削余量。與此同時，需要進一步調(diào)節(jié)磨削工裝在平旋盤上的位置，有效控制加工孔的內(nèi)徑尺寸，進而將其孔尺寸精度與表面粗糙度控制在IT7 級、Ra0.8 以內(nèi)。經(jīng)過這樣的流程，安裝孔的密封效果將會得到明顯提升，同時在完成加工以后還需要在一定周期內(nèi)完成安裝孔的檢查，在確定表面沒有腐蝕且尺寸符合公差要求的情況下就不需要在進行維修了。

4 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)有工藝設(shè)備和材料的基礎(chǔ)上，改善和優(yōu)化多級臥式離心泵機械密封安裝孔，通過安裝孔維修工藝評估、選擇合理的維修方案以及優(yōu)化安裝孔加工工藝，能夠有效地改善機械密封安裝孔易腐蝕的問題，從而營造良好的運作環(huán)境，提升泵使用效能。