天然氣凈化裝置機(jī)械密封失效及改進(jìn)研究

張軍寧 韓福慶 李全龍

摘要：化工機(jī)械設(shè)備在化工企業(yè)生產(chǎn)中扮演著不可替代的作用，一旦出現(xiàn)密封穩(wěn)定性不足的問題，往往會(huì)影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)。為了進(jìn)一步探討化工機(jī)械密封泄漏問題的處理策略，現(xiàn)結(jié)合具體的使用情況，對(duì)化工機(jī)械密封泄漏的不良影響進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：石油;天然氣;化工裝置;機(jī)械密封;失效;改進(jìn)

1機(jī)械密封特點(diǎn)分析

以天然氣凈化廠中的離心泵為例，其設(shè)備結(jié)構(gòu)中的大部分密封均采用機(jī)械密封方式。機(jī)械密封是指通過向沿著旋轉(zhuǎn)軸方向施加垂直于密封件端面的壓力，使得密封件與貼合面保持較好的貼合狀態(tài)，以防止內(nèi)部介質(zhì)泄漏至外部環(huán)境的一種密封方式。機(jī)械密封方式較多，包括：彈簧壓縮密封、端面壓縮密封等，應(yīng)根據(jù)不同的軸徑、不同工作溫度、外界壓力等情況，選擇相應(yīng)的機(jī)械密封方式。其中，彈簧機(jī)械密封包括串聯(lián)旋轉(zhuǎn)、單端面靜止、雙端面旋轉(zhuǎn)等類型，如壓縮機(jī)中的機(jī)械密封則主要是以干氣雙端面密封為主。

2化工機(jī)械密封泄漏的不良影響

2.1原材料的浪費(fèi)

對(duì)于化工機(jī)械密封生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，良好的密封環(huán)境不但可以提升材料的綜合利用效率，同時(shí)也有助于保護(hù)內(nèi)部生產(chǎn)環(huán)境，避免外物的進(jìn)入導(dǎo)致原材料、生產(chǎn)產(chǎn)品污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以，化工機(jī)械密封泄漏問題一旦出現(xiàn)，不但會(huì)導(dǎo)致原材料的浪費(fèi)，同樣也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致原材料、產(chǎn)品遭受污染，出現(xiàn)更深層次的風(fēng)險(xiǎn)與危害，所以需要特別關(guān)注這個(gè)方面的問題。

2.2生產(chǎn)安全遭受威脅

安全生產(chǎn)是現(xiàn)階段化工企業(yè)最為關(guān)鍵的生產(chǎn)要求，同時(shí)也是行業(yè)得以可持續(xù)發(fā)展的基本前提。從客觀上來看，一旦機(jī)械密封泄露問題發(fā)生，往往會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的生產(chǎn)效果下降，同時(shí)根據(jù)泄漏的類型也會(huì)導(dǎo)致不同程度的安全風(fēng)險(xiǎn)與責(zé)任事故，所以務(wù)必要做好安全控制與管理，否則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患。

2.3化工機(jī)械設(shè)備的使用壽命受到限制

設(shè)備的使用壽命直接關(guān)系到設(shè)備的投資回報(bào)率，同時(shí)也是企業(yè)提升經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。通過化工機(jī)械密封泄漏故障維修與養(yǎng)護(hù)，能夠有效降低泄漏發(fā)生的頻率，從而提升設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與整體壽命，取得良好的投資回報(bào)成果。相對(duì)的，如果經(jīng)常出現(xiàn)泄漏且沒有及時(shí)得到解決，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的故障率不斷提升，最終出現(xiàn)設(shè)備沒有達(dá)到預(yù)期工作年限就被報(bào)廢的情況，嚴(yán)重影響到設(shè)備的使用效果。

3機(jī)械密封的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1熱水泵的機(jī)械密封改造設(shè)計(jì)

供熱系統(tǒng)熱水泵中機(jī)械密封件在使用中經(jīng)常出現(xiàn)泄漏問題，使用壽命大部分僅有1年左右，在后期維修及零件購(gòu)買方面成本相對(duì)較高。由此，通過對(duì)熱水泵密封結(jié)構(gòu)的分析和多種耐壓性能的測(cè)試，選擇了DTM80A-1密封件進(jìn)行機(jī)械密封，包括了靜環(huán)和動(dòng)環(huán)兩種結(jié)構(gòu)，屬于平衡型機(jī)械密封。其中，靜環(huán)的材質(zhì)屬于鈷基硬質(zhì)合金YG6材質(zhì);動(dòng)環(huán)則采用了浸銻石墨，并在動(dòng)環(huán)的一端開設(shè)了流體動(dòng)壓槽，可保證在動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的密封接觸處能形成穩(wěn)定的液膜，保證整個(gè)熱水泵具有較好的機(jī)械密封性能。

在完成設(shè)計(jì)后，將該密封結(jié)構(gòu)在熱水泵進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，據(jù)評(píng)估：改造后的密封結(jié)構(gòu)使用壽命延長(zhǎng)至2年以上，零件結(jié)構(gòu)也能通過國(guó)內(nèi)廠家進(jìn)行自主生產(chǎn)，成本價(jià)格下降為進(jìn)口價(jià)格的三分之一，維修較為方便，性價(jià)比相對(duì)較高，達(dá)到了預(yù)期的密封效果。

3.2高溫油泵機(jī)械密封改造設(shè)計(jì)

高溫油泵由于作業(yè)過程中存在較高溫度及較大工作壓力，導(dǎo)致密封件的使用壽命大大降低，運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏及火災(zāi)事故等問題，因此，有必要對(duì)該設(shè)備中的機(jī)械密封進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。通過查閱API682標(biāo)準(zhǔn)，選用了YTS-1的干式結(jié)構(gòu)加焊接金屬波紋管方式進(jìn)行機(jī)械密封，在使用時(shí)通過注入0.3MPa以下的低壓飽和蒸汽進(jìn)行干式密封。YTS-1干式密封結(jié)構(gòu)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)材料選用鈷基硬質(zhì)合金和碳化鎢，金屬波紋管則選用了GH4169材料。整個(gè)密封方式具有使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定、耐磨等特點(diǎn)。

在完成高溫油泵機(jī)械密封改造后，對(duì)其進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況看，整個(gè)密封結(jié)構(gòu)的耐高溫和耐高壓性能得到明顯改善，使用壽命同比延長(zhǎng)了2倍，可達(dá)到一年半以上，在測(cè)試的一年多時(shí)間，未出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏的任何征兆，說明改造后的機(jī)械密封性能可靠性明顯增強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期效果。

3.3硫漿泵機(jī)械密封改造設(shè)計(jì)

硫漿泵原有的密封方式主要采用單端面多彈簧式機(jī)械密封，雖具有較低的結(jié)構(gòu)密封成本，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單，但在使用過程中存在無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)控及配套的應(yīng)急處理措施，密封件時(shí)常出現(xiàn)自身失效等問題，最終導(dǎo)致硫漿泵出現(xiàn)了密封泄漏問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)過程的安全性。為此，對(duì)硫漿泵機(jī)械密封進(jìn)行了材料優(yōu)選及安全等級(jí)提升的優(yōu)化改進(jìn)。通過查閱API682標(biāo)準(zhǔn)，選用了A型彈簧式結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械密封，利用2CW-CS的布置方式進(jìn)行串聯(lián)的密封端面不帶壓雙頭密封，并在其外側(cè)設(shè)計(jì)了緩沖液來作為機(jī)械密封的二次保護(hù)層，注入緩沖液的壓力控制在3-5Pa范圍內(nèi)。同時(shí)，在機(jī)械密封監(jiān)控方面，采用一級(jí)和二級(jí)串聯(lián)方式進(jìn)行，當(dāng)一級(jí)失效后，可啟動(dòng)二級(jí)密封功能，以此提高結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)。另外，配備了儲(chǔ)液灌中的液位開關(guān)及壓力報(bào)警開關(guān)，能對(duì)密封處泄漏情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)行維護(hù)。

通過對(duì)改造后的機(jī)械密封效果進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試得知，改造后的密封結(jié)構(gòu)運(yùn)行良好，密封處的安全無(wú)泄漏使用壽命由原來的1年左右提高到了2年以上，通過兩級(jí)密封和泄漏報(bào)警后，整個(gè)設(shè)備的密封安全性和自動(dòng)化程度得到顯著提高，達(dá)到了預(yù)期效果，驗(yàn)證了改造后機(jī)械密封的可行性。

3.4化工機(jī)械密封養(yǎng)護(hù)

進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的日常保養(yǎng)有助于降低化工機(jī)械密封泄漏的發(fā)生率。首先，需要做好機(jī)械設(shè)備的日?？刂婆c開封保養(yǎng)，包括認(rèn)真查看內(nèi)部動(dòng)靜環(huán)的磨損程度，分析研磨密封面的狀態(tài)，做好密封面的精度設(shè)置與調(diào)整等。值得注意的是，整個(gè)過程中需要做好彈性密封件的分析，避免出現(xiàn)更換后依然存在故障風(fēng)險(xiǎn)的問題;其次積極做好維護(hù)過程控制，避免出現(xiàn)干磨問題，提升密封件的整體使用性能;最后，如果出現(xiàn)密封故障，在解決故障的同時(shí)也要分析深層次的原因，避免故障問題頻繁重復(fù)出現(xiàn)。

結(jié)論

保證運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備具有較好的機(jī)械密封性能，對(duì)保證設(shè)備安全、高效運(yùn)行，降低事故率起著至關(guān)重要的作用。針對(duì)每個(gè)關(guān)鍵部位的密封問題，進(jìn)行有針對(duì)性的分析，找到導(dǎo)致其失效的原因和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)及加工環(huán)節(jié)，嚴(yán)格把控密封件的生產(chǎn)精度及零件品質(zhì)，設(shè)備運(yùn)行環(huán)節(jié)，加大對(duì)機(jī)械密封處的定期巡檢及疑似泄漏點(diǎn)的排查等，均是提高機(jī)械密封性能及運(yùn)行周期的關(guān)鍵。為此，分析了機(jī)械密封的特點(diǎn)、主要失效類型及失效原因，結(jié)合凈化廠常見設(shè)備，開展了熱水泵、高溫油泵、硫漿泵等設(shè)備的機(jī)械密封改造設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了改造后的設(shè)備具有更高的機(jī)械密封性能，在延長(zhǎng)密封處使用壽命、降低使用成本等方面成效明顯，達(dá)到了預(yù)期效果，具有重要的實(shí)際應(yīng)用及指導(dǎo)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭明明，楊勇，張聰俐，等.熱油泵機(jī)械密封失效分析及結(jié)構(gòu)改造[J].液壓氣動(dòng)與密封，2020，40（10）：90-92.

[2]連善濤.淺析催化油漿泵機(jī)械密封失效的原因和對(duì)策[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（8）：116-118.

[3]顧建軍.乙烯裂解急冷油過濾器機(jī)械密封失效原因分析[J].化工管理，2020，（20）：153-154.

[4]單樹振.高溫導(dǎo)熱油泵機(jī)械密封失效分析及改進(jìn)措施[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，（6）：153+155.