貧胺液泵機械密封失效分析及改進

王 軻

（中石化股份天津分公司，天津 300270）

引 言

天津石化1＃加氫裂化裝置的P301泵于2008年投入使用，泵型號為TD80-145×12，輸送流體為貧胺液（水、H2S、MDEA），泵入口壓力0.19MPa、泵出口壓力14.4MPa，轉數為2 950r/min，功率為630kW。沖洗方案PLAN11，沖洗由第2級葉輪室引出，經節流孔板進入密封腔。機械密封的平均使用壽命不超過2個月，平均每年要維修6次以上，始終沒有找到問題的根結所在，維修方面也只能是通過每次更換機械密封來解決，既不能徹底解決問題，又不能保證設備的穩定運行，同時也浪費了大量的人力物力。由于泵體結構很復雜、軸徑較大，所以維修用時比較長，正常情況下5個～7個工人一個工作日還修不完。從全年統計看，P301維修工時是其他泵位的14倍左右。按1年維修6次計算，每次更換2套機械密封（該泵是雙支撐泵），1年下來就需要12套機械密封，是一項較高的費用。該泵屬于大型多級泵，維修難度大，同時頻繁的維修會帶來不安全隱患。例如，串量大時會產生抱軸的現象，大大增加維修難度及維修時間。如果期間另一臺泵也出現問題，那將造成不可估量的損失。所以，P301泵機械密封的改造勢在必行。

1 機械密封簡介與分析［1-2］

P301泵隨機帶的密封是單彈簧旋轉式，機械密封在靜壓實驗良好，運轉開始后就存在滴漏問題，大概每分鐘4滴～6滴，而且泄漏量會逐漸增大，最后形成淌流現象。從更換下來的機械密封觀察，發現密封端面磨損嚴重，同時密封圈也有溶脹現象。機械密封如圖1所示。

圖1 改造前機械密封

該密封是單彈簧旋轉式非平衡型機械密封。從密封結構上分析如下：

1）單彈簧機械密封傳動力矩不平衡，一般不適用于大于80mm的軸徑。主要是因為軸徑大于80mm后，線速度較大，會影響機械密封的使用性能。

2）非平衡型機械密封（指密封流體作用面積大于密封端面的面積）端面上的作用力隨密封流體壓力升高而增大，所以非平衡型機械密封只適用于低壓的情況，且使用壓力不能超過1.5MPa。通過公式（1）可以計算出P301泵密封腔的壓力，即機械密封的工作壓力。

式中：P為密封腔壓力，MPa；P出為泵的出口壓力，MPa；Pλ為泵的入口壓力，MPa。

從計算結果上看，該機械密封的工作壓力要遠遠高于非平衡型機械密封的設計使用壓力。所以，該泵機械密封的選型就存在問題。

3）密封端面結構一般可以分為整體結構和鑲嵌結構2種。從設計上來說，應優先選用整體式結構，以防止鑲嵌結構的應力引起密封端面變形，進而導致機械密封失效。

4）大軸徑（75mm以上軸徑）機械密封，通常情況下優先選用彈性元件靜止式結構。

5）貧胺液是一種混合溶劑，對橡膠制品有一定溶脹型，所以不能采用橡膠類密封圈。

通過上述分析，該機械密封從選型以及選材方面都是不合理的，不適用于這種工況條件，所以才會存在機械密封使用壽命短、頻繁維修等問題。

2 改造方案

通過與密封生產廠家技術人員多次溝通，最終確定對該泵位機械密封升級的改造方案。如圖2所示。

圖2 改造后機械密封

1）將原機械密封的單彈簧旋轉型結構改為多彈簧型，以確保均衡的傳遞力矩，使機械密封端面具有良好的追隨性，保證密封端面在工作時緊密貼合。

2）將原機械密封單彈簧結構改為多彈簧。這樣，彈簧力可以均勻分布在圓周上的各個點，確保密封端面受力均勻性。

3）將原機械密封動環鑲嵌結構改為整體式結構，以消除鑲嵌式結構密封端面的受力變形與熱應力變形，避免因密封端面變形造成機械密封的泄漏。

4）改變輔助密封圈的材質，采用聚四氟乙烯密封圈。

5）動環傳動方式采用凸耳式傳動結構，避免在高壓工況條件下因啟動瞬間力矩過大而導致的石墨靜環出現的碎裂問題。

6）將原非平衡型機械密封改為平衡型，并選擇了合理的平衡系數，確保其工作的穩定性。

7）根據經驗選擇合理的彈簧比壓及端面比壓，確保整套機械密封的穩定性與使用壽命。

3 結論

P301泵機械密封經過2009年升級改進后運行一直比較平穩，平均使用壽命在15個月～18個月，合計達到15 000h，從根本上解決了原機械密封使用壽命短、維修頻繁的問題。

1）機械密封結構調整后，大大延長了機械密封的使用壽命，很大程度上節省了采購成本，而且維修的頻率也由以前每年維修4次變為現在的1.5年左右維修1次，大幅度降低了設備的維護成本。

2）機械密封升級后，很大程度上提高了設備的穩定性，消除了該泵位長期存在的隱患。

［1］ 顧永泉.機械密封實用技術［M］.北京：機械工業出版社，2001.

［2］ 王汝美.實用機械密封技術問答［M］.北京：中國石化出版社，2006.