再生堿液泵機械密封失效分析和技術改造

謝斌安

摘 要：對于聚甲醛單體裝置再生堿液泵機械密封頻繁失效的原因進行分析，通過改進機械密封材質和增設合適的沖洗液而取得良好的密封效果。

關鍵詞：機械密封；泄漏；分析；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.030

0 前言

聚甲醛單體裝置再生堿液泵（位號：1CPQ23）是再生堿液槽（位號：1CVQ23）底部外送泵，它將槽內的廢堿液打到堿液再生蒸發器（位號：1CSQ41）內進行蒸發再回收。該泵在實際運行中經常頻繁泄漏，更換新的機械密封后有時一周左右就開始輕微泄漏，一個月內漏量持續增大，最終導致無法正常使用。嚴重影響了裝置正常運行和環保達標以及操作人員的安全。

1 基本情況

該泵為單吸懸臂臥式離心泵（型號：D11-32），該泵的機械密封采用集裝單端面機械密封型號：CSS-30-JJZ1-AZC1092SSV01），動環和靜環材質均為碳化硅，沒有密封沖洗水。期間由于無備件，多次帶病運行。平均使用壽命不到一個月，將失效的機械密封解體，發現損壞情況如下：

（1）動環和靜環有環裝的磨損，嚴重時有裂紋。

（2）動環座和軸套之間間隙小不易拆卸。

（3）密封腔內有白色的晶體顆粒和雜質。

（4）機械密封的O型圈沒彈性，硬化、脆裂。

2 失效分析

該泵的機械密封是靠一對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力作用下保持貼合而達到阻漏的軸封裝置，而從該泵損壞的情況看主要是由于端面失效以及密封材質和介質相容導致的，結合泵的介質和運行分析如下：

（1） PQ23運行介質主要是廢堿液，堿液中含有二氧五環（Dioxolane），而二氧五環是一種優良的有機溶劑對晴橡膠等材質有腐蝕，而機械密封的O型圈材質要求必須有壓縮性、回彈性并且在運行介質中不軟化、不分解、不硬化、不脆裂。該泵機械密封內的O型圈材質為晴橡膠，失效時發現有硬化和脆裂的現象。所以判斷應該是運行介質對泵密封有一定的腐蝕，最終導致機械密封泄漏。

（2）機械密封的動環與靜環之間的密封是靠彈性元件（彈簧、波紋管等）和密封液體壓力在相對運動的動環和靜環的接觸面（端面）上產生一適當的壓緊力（比壓）使兩個光潔、平直的端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的液體膜而達到密封的作用。這層膜具有液體動壓力與靜壓力，它起著平衡壓力和潤滑端面的作用。兩端面之所以必需高度光潔平直是為了給端面創造完美貼合。PQ23泵運行狀態為間歇運行，由于該泵沒有沖洗水所以動環和靜環之間的液體膜就為自身的介質，而泵在停止狀態下泵內部溫度降低，導致動靜環之間殘留的堿液形成晶體，當再次使用泵時晶體就和機械密封內的動靜環摩擦導致密封磨損或開裂，引起機械密封泄漏。

（3）彈簧性能的發生變化也會直接影響機械密封端面比壓。一般情況下彈簧在長時間運行后長度會縮短，補償彈簧在動環上的機械密封還會因為離心力的原因而變形。但因堿液易結晶，所以當泵停運后堿液也會在彈簧上形成堿液結晶物，導致彈簧加荷裝置失效，從而引起密封大量泄漏。

3 改進措施

根據泵失效的原因的分析，我們有針對性的從兩個方面對泵進行了改造：

3.1 改變機械密封材質

3.2 用50℃熱水作為沖洗液

（1）將沖洗液加在泵入口，不影響工藝使用。

（2）引入外系統50℃熱水到泵密封腔作為沖洗，由于介質為堿液所以為了能保證沖洗液效果，沖洗液壓力應比被密封介質大0.05--0.1MPA，同時不會產生對密封件的沖蝕。為此需控制密封腔的壓力和沖洗的流速，一般沖洗液的流速應小于5m/s，含有顆粒的漿狀液體須小于3m/s，為達到上述的流速值，沖洗液與密封腔壓力的差值應0.5MPa，一般取單端面密封取0.05--0.1MPa，而50度熱水壓力為0.45MPa泵介質壓力為0.4MPa剛好符合要求，沖洗液進入和排出密封腔的孔口位置，應設置在密封端面四周，且應在靠近動環側，必要時，沖洗液可以是熱水，而50℃溫度能夠很好的溶解堿液晶體，達到沖洗效果。改造工藝流程圖如圖1：

（3）主要操作方法：PQ23泵是間歇使用，當VQ23內的介質液位漲到一定值時啟動泵將VQ23內介質打空后泵停止運行。然后打開泵入口50度沖洗水管線對泵進行充分沖洗后，將泵入口密排打開進行排液，排完后將沖洗水和密排關閉。所以每次使用泵后必須采取此操作既能保證密封腔的沖洗效果，同時也能解決堿泵長時間停運盤不動車的問題。

再生堿液泵自2012年3月改造完畢后現場投用情況來看，密封效果得到了明顯的改善，使用壽命從原來不到一個月提高到能正常使用三到五個月，因此不但提高了泵使用周期也減少了維護和檢修費用，為裝置安全平穩運行打下了良好的基礎。

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