堿液循環(huán)泵機械密封失效分析及改進 |資料
摘要：通過對乙烯裝置堿液循環(huán)泵機械密封頻繁失效的原因進行分析，改進了密封結(jié)構(gòu)和摩擦副材料，取得了良好的密封效果和經(jīng)濟效益。
乙烯裝置壓縮系統(tǒng)濃堿液循環(huán)泵是堿洗塔的塔底循環(huán)泵，它將經(jīng)裂解氣堿洗過的堿液輸送到塔頂，使堿液循環(huán)使用。該泵在實際運行中，頻繁發(fā)生泄漏，機械密封在安裝運行一周左右開始微漏，1～2個月內(nèi)泄漏量增大，無法繼續(xù)使用。嚴重影響了裝置的環(huán)保達標和長期穩(wěn)定運行。
1 基本情況：
該泵為單吸懸臂臥式離心泵，主要技術(shù)參數(shù)如下表：
介質(zhì)成份
含膠狀、顆粒雜質(zhì)的20％NaOH液體
介質(zhì)溫度
45℃
介質(zhì)粘度
1070CP
流量
30m3/h
揚程
18m
吸入壓力
1.078MPa
排出壓力
1.272MPa
軸功率
2.7KW
電機轉(zhuǎn)數(shù)
2950r/m
將失效后的克蘭機械密封解體，其損壞情況如下：
（1）動環(huán)和動環(huán)座、軸套間的間隙被阻塞
（2）動環(huán)和靜環(huán)有環(huán)狀磨損痕跡
（3）密封腔內(nèi)有焦狀聚合物、顆粒等雜質(zhì)和結(jié)晶物
（4）彈簧銹蝕嚴重，被雜質(zhì)和結(jié)晶物卡澀，彈性不足
2 失效分析：
一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料與介質(zhì)不相容，以及制造和安裝問題等。端面比壓是機械密封的重要性能參數(shù)，端面比壓要在設(shè)計的范圍之內(nèi)（內(nèi)裝式機械密封一般為0.2 MPa～0.4 MPa）,以保證機械密封端面良好配合，使密封面間形成有效液膜。
Fb(端面受力)= Ft（彈簧力）+Fp(介質(zhì)作用壓力)-Fm(液膜作用壓力),端面比壓的計算公式為：
Pb＝Pt ＋Pp－Pm
Pb＝Pt ＋（K-λ）P
其中:d2＝50mmd1＝32mmd2＝38mm
彈簧比壓 Pt ＝Ft（彈簧力）／［π／4（d22－d02）］＝0.3MPa(廠家設(shè)計值)
載荷系數(shù) K ＝（d22－d02）／（d22－d12）＝0.715
膜壓系數(shù) λ=0.742
介質(zhì)壓力 P＝0.45 MPa
可以計算出原 8B1-P型機械密封端面比壓 Pb 為0.28 MPa,是符合設(shè)計規(guī)范的, 在正常工作條件下是能夠滿足生產(chǎn)要求的。這和實際情況相吻合,在使用初期機械密封并不泄漏,那導致其失效的原因又是什么呢?這就必須從機械密封的工作環(huán)境入手,進行綜合分析。
由于該泵處于堿洗塔底部，管道和設(shè)備的銹蝕物以及裂解氣中的雜質(zhì)和重組份聚合物都沉積在塔底，同時塔內(nèi)NaOH與H2S和CO2組分發(fā)生反應(yīng)，生成的Na2S、Na2CO3會產(chǎn)生結(jié)晶物。泵入口濾網(wǎng)原為40目，在實際生產(chǎn)中經(jīng)常堵塞，使泵抽空，我們把濾網(wǎng)改為20目,基本解決了入口堵塞問題,這同時也造成進入泵體內(nèi)的堿液含有大量的雜質(zhì)和結(jié)晶物，由于采用自身沖洗方式，這些雜質(zhì)和結(jié)晶物不可避免地沉積于密封腔內(nèi)。使動環(huán)和動環(huán)座、軸套間的間隙被阻塞，導致動環(huán)在軸向的動作不靈活甚至被卡死，彈簧被腐蝕卡澀，彈性不足，不能提供原設(shè)計0.28 MPa的端面比壓，導致密封面不能良好地貼和,液膜平衡被破壞,這時密封就會出現(xiàn)微漏，隨著結(jié)晶物和雜質(zhì)顆粒進入摩擦副端面，密封面逐漸被磨損，再加上動環(huán)軸向補償不靈，造成密封泄漏量增加，最終導致密封徹底失效。
3 改進措施
根據(jù)密封的失效原因，我們有針對性地從以下幾個方面進行了技術(shù)改造：
（1） 改變密封結(jié)構(gòu)形式
由于介質(zhì)是含有雜質(zhì)的堿液，從密封結(jié)構(gòu)上來看采用靜環(huán)補償比原設(shè)計的動環(huán)補償更為適合。根據(jù)該泵的具體工況條件，我們選用了艾格3055型卡式單端面機械密封（集裝式），其主要特點如下:
l通過自動鎖緊環(huán)實現(xiàn)精確定心。
l可調(diào)節(jié)式壓蓋可直接配合常用螺栓使用,集裝式結(jié)構(gòu)安裝方便。
l靜環(huán)和軸套的間隙不在介質(zhì)側(cè)，保證了靜環(huán)軸向補償?shù)撵`活性。
l彈簧位于輔助密封圈外側(cè)，與介質(zhì)完全隔開，避免了彈簧的腐蝕和卡澀。
（2） 改變摩擦副材質(zhì)，去除密封沖洗
卡式密封動環(huán)和靜環(huán)材料均采用碳化鎢，碳化鎢具有極高的強度和硬度，良好的耐磨性和抗腐蝕性，這就使雜質(zhì)和結(jié)晶物難以對其造成損壞，同時碳化鎢摩擦副具有優(yōu)良的導熱性，線性膨脹系數(shù)很小，使其能夠在較高的溫度下保持良好的密封性。輔助密封環(huán)材質(zhì)我們選用氟橡膠FPM2461，它耐腐蝕、彈性好，最高工作溫度為250℃。
由于堿液中含有雜質(zhì)和結(jié)晶物,原機封采用的自身反沖洗形式難以達到預(yù)期的目的,生產(chǎn)現(xiàn)場又無適合作沖洗液的其它介質(zhì)。有上述條件作保證，再加上介質(zhì)工作溫度不高（45℃），3055型卡式機械密封在去除自沖洗的條件下，完全可以正常運行，這既能降低沖洗帶來的能耗、物耗損失，又能簡化機械密封的日常維護。
E-GA203兩臺泵自2001年1月開始使用卡式集裝式機械密封，從現(xiàn)場情況來看密封效果非常好，運行至今仍沒有任何泄漏跡象，使用壽命達到了2年以上。原8B1-P機封每套價格為960元，兩年內(nèi)僅機封備件費就節(jié)約1萬余元，原設(shè)計E-GA203泵沖洗水流量為6L/min，通過去除沖洗水每年節(jié)約循環(huán)水3000余噸,經(jīng)濟效益是顯而易見的。
４ 結(jié)束語
通過對堿泵機械密封結(jié)構(gòu)的合理選型，結(jié)合選用合適的摩擦副、輔助O型圈材質(zhì)，提高了機械密封的使用性能，使之在去除密封沖洗的條件下，仍能穩(wěn)定工作。降低了設(shè)備維護和維修費用，保證了裝置的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。
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