泵用機械密封長周期運行的關鍵點

趙月剛郭 琦

(1.兗礦魯南化肥廠,山東滕州 277527; 2.山東大學威海分校07機電工程學院,山東威海 264209)

泵用機械密封長周期運行的關鍵點

趙月剛1郭 琦2

(1.兗礦魯南化肥廠,山東滕州 277527; 2.山東大學威海分校07機電工程學院,山東威海 264209)

通過泵類機械密封的應用,提出了機械密封長周期的關鍵在于正確選型,安裝、消除振動、優化操作和維護,從而提高機械密封穩定性、長期性。

機械密封;長周期;選型;安裝;振動;操作;維護

0 引 言

離心泵的檢修重點是抓好機械密封的維修,提高設備的利用率,有利于生產的長期運行。現結合我廠在離心泵機械密封使用,來探討影響機械密封長周期的因素。

1 正確選用機械密封是決定機械密封長周期的關鍵

1.1 機械密封件的選型

選型的主要參數有:密封腔體壓力(M Pa)、流體溫度(℃)、工作速度(m/s)、流體的特性以及安裝密封的有效空間等。

選型的基本原則

(1)根據密封腔體壓力,確定密封結構采用平衡型或非平衡型,單端面或雙端面等。

(2)根據工作速度,確定采用靜止式或旋轉式,流體動壓式或非接觸式。

(3)根據溫度及流體性質,確定摩擦副和輔助密封材料,以及正確選擇潤滑、沖洗、保溫、冷卻等機械密封循環保護系統等。

(4)根據安裝密封的有效空間,確定采用多彈簧或單彈簧或波形彈簧,內裝式或外裝式,內流式或外流式。

1.2 機械密封摩擦副的要求

(1)在防腐蝕方面要有良好的化學穩定性、物理機械性能、優良的耐摩性、自潤滑性以及良好的不滲透性等;

(2)在熱力性能方面要有良好的導熱性、耐熱、耐寒性和耐溫度的急變性;

(3)摩擦副一般都選擇一軟一硬的配對。

1.3 機械密封動靜環密封圈要求

(1)輔助密封圈具有良好的彈性、低的摩擦系數,能耐介質的腐蝕、溶解和溶脹,耐老化

(2)輔助密封材料主要使用各種橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨和金屬墊片等。

1.4 應用示例

波紋管機械密封在聚乙二醇二甲醚溶液氣體凈化工藝系統上的應用。

兗礦魯南化肥廠氣體凈化工藝采用NHD溶液脫除硫化氫、硫氧碳和二氧化碳等酸性氣體的氣體凈化技術,裝置泵類均采用機械密封。

(1)富液泵運行參數:型號HPK-S200-400。

表1 富液泵運行參數表

(2)失效分析

該泵原選用機封為1523-60內裝式、單彈簧、平衡型機械密封,通過拆檢,發現機封動環經常卡死在軸套上,彈簧無法補償,從而液膜平衡破壞,造成液體大量泄漏。

(3)原因分析

該泵介質為NHD溶液,外觀淡黃色透明液體。該有機溶劑對機械密封的輔助密封橡膠O型圈具有變形膨脹的破壞效應。

(4)改進措施及效果

①改進密封結構形式

采用波紋管機械密封M FL85N-65,該機封為單端面、平衡型,動靜環為碳石墨-碳化硅,徹底解決了機封因輔助O型圈的泡脹問題導致的泄漏,輔助密封圈和軸套之間的密封是靜止的,是依靠波紋管起到了機械密封與運動主軸之間的恒定調節作用,從而補償動靜環端面的磨損,使密封端面良好貼和。

②兩臺富液泵自2005年6月改用波紋管機械密封以來,現場密封效果非常好,使用壽命達到3a。

2 正確安裝機械密封可提高機械密封使用壽命

2.1 機械密封壓縮量的調整

2.1.1 如何確定機械密封彈簧的壓縮量

單彈簧機械密封的壓縮量為50%～70%,大概密封壓死后放開3～5mm;多彈簧(碟形簧)的壓縮量為90%左右,即機械密封壓死后放開1.5～2.5mm即可。同時還要考慮密封面的寬窄,彈簧的力度,工作時受力狀態。

2.1.2 機械密封如何定位

機械密封定位前,轉子應安裝到正常運轉的位置。轉子軸向應固定,軸向串量不大于0.30mm;對于用平衡盤確定軸向位置的轉子,應將平衡盤和平衡環座推靠(即平衡盤與平衡環座接觸),壓縮量即動環到密封箱的距離和靜環到靜環座的距離的差。轉子盤車均勻、輕快,泵內無零件接觸和摩擦。在此基礎上才能進行機械密封的定位工作。

這時將裝有靜環的壓蓋先裝到泵上,轉子定位后在軸上做一標記(圖1a A點),標出壓蓋背面在軸或軸套上的位置,并量出包括靜環的壓蓋厚度L 1;測量出包括彈簧的動環組件自由高度L 2(圖1b),從軸上的A點量一長度為(L 1+L 2-S),在軸上得到B點(圖1c),從B點固定傳動座,機械密封定位工作即完成。上述分式中的S是機械密封的壓縮量。

如果原來配備有機械密封,安裝工作從拆卸時就要做好準備,拆卸前先刻出a點的標記,同時校核原機械密封傳動座的安裝位置是否正確[1]。附圖如下:

圖1

2.2 正確選用機械密封沖洗方案

機械密封工作中產生的摩擦熱,會使密封端面溫度升高,使密封端面間液膜汽化,還會使輔助密封圈老化、變質。輔助沖洗的目的在于防止雜質集積,防止氣囊形成,同時保持和改善密封端面間處于良好的潤滑狀態,使機械密封各零件正常工作。嚴格說來,機械密封沒有沖洗設施是不能正常使用的。

2.3 應用示例

我廠NHD氣體凈化變換系統變換氣降溫分離后的冷凝液需送往氣化工段再利用,所配置冷凝液泵,在運行中機械密封經常泄漏,運行時間僅三周或一月。

2.3.1 冷凝液泵運行參數

型號:WAN 80-50-250。

表2 冷凝液泵運行參數表

2.3.2 失效情況

該泵原選用機封為RH-45內裝式、單彈簧、非平衡型機械密封,輔助設施選用自沖洗。摩擦副選取硬對硬,均為硬質合金。在運行僅一月后出現泄露,拆檢發現,動靜環磨損嚴重,密封面磨掉3mm以上,出現環向溝紋。

2.3.3 原因分析

①該泵摩擦副選用硬質合金對硬質合金,在非平衡機械密封中pv值為4.4MPa.m/s,pv值過低,由于采用非平衡機封,再加上彈簧的靜壓力,造成pv值大于4.4MPa.m/s,這樣密封端面會產生大量的摩擦熱。

②由于介質溫度過高,采用本身自帶的壓差沖洗,沖洗液溫度也高,會造成摩擦副產生的熱量大,無法冷卻散熱,輕者使液膜汽化,密封失效;重者使密封端面磨損嚴重,產生溝紋,甚至出現裂紋。

2.3.4 改進措施及效果

①改進密封結構形式

采用機械密封1523-45,該機封為單端面、平衡型,動靜環為碳石墨-碳化硅,O型圈為氟橡膠,較好的解決了pv值過高問題。

②合理調整機械密封壓縮量,延長摩擦副運行時間

③改進自沖洗結構

對輔助設施沖洗系統進行改造,借鑒先進技術,采用自沖洗用冷卻器。冷卻器為盤管式,管內為被冷卻介質,管外為冷卻水,冷卻面積一般在1m2以下。在使用過程中一定要控制被冷卻流體的流量,滿足沖洗要求即可,不可過多。否則,如果高溫流體過多,冷卻管表面溫度過高,很快結水垢,不得不更換管束。

④兩臺冷凝液泵自2006年6月改造以來,現場密封效果大大改觀,運行壽命在1a以上。

3 消除離心泵的振動是機械密封長周期運行的先決條件

3.1 泵用機械密封對機器精度的要求

(1)安裝機械密封部位的軸(或軸套)的徑向跳動公差最大不超過0.04～0.06mm。

(2)轉子軸向竄動不超過0.3mm。

3.2 設備檢修消除設備振動

(1)采用高標準軸承,國內或進口軸承,提高軸承運轉壽命。

(2)嚴格按檢修規程執行,控制好零件各部分的間隙,消除泵類不平衡軸向力的產生,使密封壓縮量過大或破壞密封液膜,造成泄露。

(3)聯軸器對中采用百分表進行找正,軸向和徑向偏差在0.03mm之內。

(4)檢查聯軸器的膜片、柱銷、彈性塊、彈性圈等是否損壞,必要時更換。

3.3 應用示例

我廠現有180kt/a甲醇裝置,氣體凈化工藝脫碳系統于2004年對系統進行擴產改造,新增1臺150AY150×2型脫碳泵。在生產中,機械密封頻繁泄漏,并且機組振動,軸承超溫。

3.3.1 改造前

原泵高壓端角接觸軸承D46314,成對雙聯背對背安裝,頻繁出現問題。軸承損壞現象為:

①軸承游隙大,運轉時間不長,會發生異常響聲;

②疲勞點蝕,塑性變形。由于過大的載荷,轉速較高時,滾動體與座圈滾道表面產生凹坑、膠和破壞,同時超溫,振動。

3.3.2 改造后

為穩定設備運行,對軸承進行改造,使用可分離型D30314圓錐滾子軸承。滾子與滾道為線接觸,可承受較重的徑向和軸向聯合負荷。圓錐滾子軸承采用加強型結構,滾子直徑加大,滾子長度加長,滾子數目增多,因而使軸承的承載能力和疲勞壽命顯著提高。2種軸承尺寸性能對比見表3。

表3 軸承尺寸性能對比

由上表發現,圓錐滾子軸承D30314在滿足脫碳泵2 950r/min的前提下,比角接觸軸承D46314在承受額定載荷能力上更有優勢,耐沖擊,這樣泵運轉后噪音小,振動小,機組振動小。軸承安裝示意圖見圖。

圖2 改造前、后軸承安裝示意圖

3.3.3 效果

脫碳泵自2004年改造以來,設備故障率大大降低,每次檢修后長周期運行達2年以上,同時結合改造經驗,將現有的其它150AY150×2型及250A YS150×2型脫碳泵進行技術改造。

4 做好離心泵的優化操作和維護是機械密封長周期運行的充分條件

設備必須具備操作使用規程、維護規程和安全規程,各生產崗位必須具備設備管理專責制、巡回檢查制、維護保養制和交接班。操作人員必須以嚴肅的態度和科學的方法正確使用和維護好設備。操作人員通過崗位練兵和培訓,對所使用的設備,做到“四懂”、“三會”(懂結構、懂原理、懂性能、懂用途,會使用、會保養、會排除故障)。實行安全操作合格證制度,經過考試合格,發給證書才能持證單獨操作設備,無證者嚴禁上崗操作。

4.1 試車前的準備工作

(1)檢查泵的各連接螺栓及地腳螺栓是否有松動現象。(2)檢查軸承潤滑油是否充足、暢通、不滴不漏。(3)盤車若干轉,檢查是否輕重均勻,并注意泵內有無雜音。

(4)將泵內充滿液體,排除泵內氣體,檢查機封是否泄露。

4.2 試車

(1)電機點動試驗,檢查電機旋轉方向,有無異常聲音。

(2)打開進口閥,啟動電機,馬上打開出口閥,避免軸承溫度過高,機械密封損壞。

(3)負荷試車應符合以下要求: a.機械密封無泄漏。b.運行平穩、無雜音。

c.潤滑、冷卻系統均為正常。d.流量、壓力平穩、無波動。e.電流不超過額定值。

4.3 正常運行

(1)泵啟動后若有輕微泄漏現象,應觀察一段時間。如連續運行4h,泄漏量仍不減小,則應停泵檢查。

(2)泵的操作壓力應平穩,壓力波動不大于0.1M Pa。

(3)在運轉中,應避免發生抽空現象,以免造成密封面干摩擦及密封破壞。

(4)確保機械密封有充分沖洗的液體,水冷軸承禁止使用過量水流;

(5)生產操作人員發現設備有不正常情況,要立即檢查原因,及時反映。發現異常響聲、振動、漏氣、火花等緊急情況,應采取果斷措施立即停車,并上報和通知值班長及有關崗位,不弄清原因不得盲目開車。已處理和未處理的缺陷記入運行記錄上,并向下一班交待清楚。

5 結 語

機械密封長周期要從零件的加工精度、密封結構、安裝、維修質量等方面入手,進行改進,同時提高工藝人員現場操作水平,是確保機械密封穩定性、長期性的有效方法,從而為社會節約能耗,提高經濟效益。

[1] 王汝美編.實用機械密封技術問答[M].北京:中國石化出版社,1995.

TQ055.8+1

A

1003-6490(2010)02-0025-04

2010-05-26

趙月剛(1972.2-),男,山東滕州人,工程師,大專,2007年畢業于山東理工大學機械設計制造及其自動化專業,現從事化工設備管理工作。聯系電話:13863249716。