氧化鋁蒸發(fā)工藝中機(jī)械密封泵泄漏原因分析及對(duì)策

柳 權(quán)

（中鋁礦業(yè)有限公司，河南 鄭州 450041）

機(jī)械密封泵是蒸發(fā)工藝中的關(guān)鍵附屬設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性，直接影響著蒸發(fā)器組及整體生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。隨著氧化鋁成本競(jìng)爭(zhēng)力的不斷增加，生產(chǎn)工藝流程水平的進(jìn)一步提升、設(shè)備的大型化、節(jié)能化需求越來越迫切，蒸發(fā)系統(tǒng)中機(jī)械泵長周期、無泄漏、高效率運(yùn)行的要求越來越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某氧化鋁廠，因泵機(jī)封泄漏而導(dǎo)致機(jī)組停車占蒸發(fā)器非計(jì)劃停車原因的40%以上，由于設(shè)備泄漏，帶堿機(jī)封水被迫改入系統(tǒng)，導(dǎo)致濃度沖淡；泄露物料導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡化，影響員工安全巡檢及維護(hù)操作；更為重要的是蒸發(fā)機(jī)組的非劃停車導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)的不穩(wěn)定及生產(chǎn)成本的升高。因此，如何快速解決機(jī)封泵泄漏問題，提升蒸發(fā)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率是急需解決的問題。

1 機(jī)械密封泵泄漏原因分析

1.1 物料的強(qiáng)堿性

蒸發(fā)母液主要成分為氫氧化鈉、碳酸鈉、鋁酸鈉及少量的固體顆粒，母液經(jīng)過真空蒸發(fā)后，苛性堿濃度最高達(dá)到250g/l，介質(zhì)溫度最高158℃，普通機(jī)械密封橡膠件在高溫、強(qiáng)堿腐蝕情況下，極易造成橡膠圈硬化、斷裂并失去彈性，同時(shí)，固體顆粒在高速流動(dòng)的情況下會(huì)對(duì)機(jī)械密封金屬材質(zhì)造成較大沖刷、剝離，導(dǎo)致機(jī)械密封失效、泄露。

1.2 物料的強(qiáng)酸性

蒸發(fā)器在運(yùn)行過程中，以碳酸鈉、硫酸鈉、鈉硅渣等形成存在的結(jié)疤附著在蒸發(fā)器加熱管壁上，導(dǎo)致加熱管傳熱效率降低、蒸發(fā)產(chǎn)能下降，蒸汽消耗升高。為了提高蒸發(fā)器效率，常采用5%～10%稀硫酸+緩蝕劑的方式對(duì)蒸發(fā)器加熱管進(jìn)行酸洗，周期為25天～30天，酸洗過程中強(qiáng)酸會(huì)對(duì)機(jī)械密封橡膠件、金屬材質(zhì)產(chǎn)生腐蝕作用。

1.3 密封選材不當(dāng)

因蒸發(fā)工藝中工況條件具有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿雙重強(qiáng)腐蝕的特性，機(jī)械密封因選材不當(dāng)而導(dǎo)致金屬材料表面腐蝕，其現(xiàn)象為泄漏、早期磨損、破壞、發(fā)聲等。另外，金屬在腐蝕和應(yīng)力的共同作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而向縱深發(fā)展，產(chǎn)生破裂。

1.4 輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕

輔助密封圈橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，導(dǎo)致密封橡膠表面變粗糙且失去彈性，變形，容易斷裂。

與輔助密封圈接觸部位如機(jī)械密封動(dòng)環(huán)、軸套、靜環(huán)、靜環(huán)座，與輔助密封圈接觸處沒有大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該處積液相對(duì)靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動(dòng)環(huán)、靜環(huán)座及密封體造成特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時(shí)存在，交替進(jìn)行，產(chǎn)生的腐蝕面較寬、較深。

1.5 機(jī)封安裝及使用過程中存在問題

通過對(duì)機(jī)封泵安裝過程進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)存在的問題有：O形圈劃傷引起的輔助密封泄漏；密封環(huán)面不潔凈，在上緊壓蓋前，沒有將密封環(huán)面擦拭干凈就上緊壓蓋，使密封環(huán)面內(nèi)有雜物存在；彈簧壓縮量沒有按規(guī)定進(jìn)行，存在過大或過小的現(xiàn)象，壓縮量過大增加端面比壓，摩擦熱量過多，造成密封面熱變形和加速端面磨損，壓縮量過小動(dòng)靜環(huán)端面比壓不足，則不能密封。同時(shí)，在日常操作維護(hù)中發(fā)現(xiàn)，在設(shè)備運(yùn)行過程中存在機(jī)封水壓力波動(dòng)、流量不足或中斷的情況發(fā)生，導(dǎo)致密封環(huán)面磨損加劇至失效。

2 機(jī)械密封泵泄露問題的應(yīng)對(duì)措施

2.1 材質(zhì)的選型

由于機(jī)封泵工作環(huán)境存在強(qiáng)堿、高溫、強(qiáng)酸以及顆粒物磨損等特點(diǎn)，因此，機(jī)械密封及輔助密封圈的選材選型就變得相對(duì)復(fù)雜，針對(duì)存在的問題與廠家技術(shù)人員共同對(duì)密封泵所需要使用材質(zhì)的進(jìn)行分析研究，最終確定：物料中含高硬度顆粒，苛性堿濃度160g/l～250g/l，介質(zhì)溫度65℃～150℃，機(jī)械密封密封環(huán)采用鈷基硬質(zhì)合金，硬質(zhì)合金韌性和剛性特別大，而且耐磨性及抗堿性腐蝕較好，能最大限度的減少料漿對(duì)其的沖擊及腐蝕損害。機(jī)械密封的金屬材料選用316L;2Cr13，耐堿性腐蝕及抗料漿沖刷。橡膠密封圈采用氟橡膠（氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在濃硫酸、硝酸、磷酸、燒堿等介質(zhì)中均能采用，最高使用溫度可達(dá)250℃），保證輔助密封的可靠性。

2.2 減少酸洗次數(shù)

在蒸發(fā)機(jī)組運(yùn)行中，通過提效攻關(guān)，在蒸發(fā)物料中添加化學(xué)阻垢劑顯著提高了蒸發(fā)器運(yùn)行周期，減少了酸洗次數(shù)。蒸發(fā)器運(yùn)行周期從25-30天延長到110-120天。蒸發(fā)器運(yùn)行周期延長后，酸洗周期由原來的1個(gè)月/次，延長到3個(gè)月/次，隨著蒸發(fā)器酸洗次數(shù)的減少，硫酸對(duì)機(jī)械密封腐蝕的作用顯著減少。

其次，通過實(shí)踐證明，在機(jī)械密封泵進(jìn)口管道上安裝過濾篩箱，避免結(jié)疤進(jìn)入泵腔內(nèi)，減緩結(jié)疤對(duì)機(jī)械密封泵的沖刷，有利于泵的穩(wěn)定運(yùn)行，延長機(jī)械密封使用壽命。

2.3 改善機(jī)封水質(zhì)

泵在運(yùn)行過程中密封水壓力波動(dòng)、流量不足或中斷也是導(dǎo)致泵機(jī)封密封環(huán)面磨損加劇至失效很重要的原因之一。在實(shí)際運(yùn)行中，機(jī)封水存在的問題：泵機(jī)封用水全部采用生產(chǎn)循環(huán)水，此水中含有鈣、鎂離子以及細(xì)微顆粒，導(dǎo)致機(jī)封水管在運(yùn)行一段時(shí)間后出現(xiàn)管道內(nèi)壁結(jié)疤、堵塞、出水不暢、水壓力變小等現(xiàn)象。

針對(duì)存在問題，對(duì)機(jī)封水流程進(jìn)行優(yōu)化改造，具體實(shí)施措施：安裝換熱板式，將水質(zhì)較好的70℃蒸發(fā)合格水降溫至35℃～40℃，同時(shí)安裝循環(huán)泵、水箱、進(jìn)出水管路及其他附屬設(shè)備，構(gòu)成機(jī)封水自循環(huán)流程。流程改造運(yùn)行6個(gè)月后，仍可以達(dá)到供水壓力穩(wěn)定、密封水管內(nèi)壁干凈、無結(jié)疤的良好效果。

2.4 提高機(jī)封泵安裝質(zhì)量

（1）首先對(duì)旋轉(zhuǎn)軸、密封腔體進(jìn)行清潔。

（2）對(duì)機(jī)械密封裝置中所有安裝O形圈處抹潤滑油或肥皂液，以便于機(jī)械密封的順利安裝。

（3）安裝過程中保持機(jī)械密封裝置清潔，特別是密封面和輔助密封圈表面應(yīng)無雜質(zhì)、灰塵，不允許用不清潔的布及其它物品擦拭密封面。

（4）安裝中嚴(yán)禁碰撞、野蠻敲打密封元件，以防止密封件損壞，摩擦副表面應(yīng)保持清潔不涂任何油。

（5）機(jī)械密封安裝完成后，用手轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸，檢查靜環(huán)、壓蓋與軸套之間和旋轉(zhuǎn)件與密封腔之間有無摩擦，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周應(yīng)用力均勻。如轉(zhuǎn)不動(dòng)或轉(zhuǎn)一周局部用力很大，則應(yīng)檢查密封是否存在安裝問題，必要時(shí)應(yīng)拆泵查找問題，解決后重裝。

2.5 機(jī)封泵操作維護(hù)注意事項(xiàng)

（1）泵啟動(dòng)前3～5分鐘打開機(jī)封水系統(tǒng)，并調(diào)節(jié)閥門使機(jī)封水壓力略高于泵腔壓力。

（2）密封位置應(yīng)始終保持充滿液體態(tài)，盡量避免抽空現(xiàn)象。

（3）緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)泵軸，觀察密封有無泄漏。如果出現(xiàn)較大的泄漏，則可能存在密封安裝或其他問題，應(yīng)拆開密封仔細(xì)查找原因，排除問題后重裝。

（4）設(shè)備初始運(yùn)行時(shí)要隨時(shí)檢查設(shè)備有無異響和發(fā)熱,無以上現(xiàn)象即可連續(xù)運(yùn)行,但需對(duì)機(jī)械密封的運(yùn)行情況及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

（5）啟動(dòng)泵初期，可能存在微小滲漏，但滲漏逐漸減少則可正常使用，而滲漏不斷增加則說明有安裝錯(cuò)誤或密封有問題，應(yīng)停止運(yùn)行，拆泵查找原因，重新裝配密封。

（6）在密封運(yùn)行期間應(yīng)注意以下問題，以保證密封的壽命：避免介質(zhì)壓力波動(dòng)；避免頻繁開停車；避免干摩擦現(xiàn)象；避免機(jī)封水中斷或流量不足；避免機(jī)封水壓力低于泵內(nèi)壓力；定期檢查密封輔助系統(tǒng)工作是否正常。

3 結(jié)論

通過生產(chǎn)廠家對(duì)機(jī)械密封及輔助密封圈材質(zhì)進(jìn)行重新選型、提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及從工藝方面減少酸洗次數(shù)、改善機(jī)封水質(zhì)，提高機(jī)封安裝質(zhì)量，加強(qiáng)機(jī)封泵的操作維護(hù)等措施，機(jī)械密封泵壽命得到大幅度提高，其中，蒸發(fā)器1-3效機(jī)封使用周期由原來的1-3個(gè)月延長至6個(gè)月以上，4-6效及其他附屬泵類設(shè)備機(jī)封最長達(dá)到10個(gè)月以上。設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后，操作及檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低，蒸發(fā)器系統(tǒng)得以穩(wěn)定運(yùn)行，為生產(chǎn)成本的降低奠定了良好基礎(chǔ)。本文所采用的延長機(jī)械密封泵壽命的經(jīng)驗(yàn)和做法均來自于生產(chǎn)實(shí)踐，可以在其他工序和同行業(yè)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。