對油漿泵機械密封失效的分析

陳文龍

【摘要】對油漿泵波紋管機械密封在輸送油漿介質下容易泄漏進行分析，綜合機械密封的工作原理，并對該機械密封進行有效合理的改進。

【關鍵詞】改造 機械密封 油漿泵

某公司催化裂化FCC裝置用以輸送含有催化劑顆粒的塔底泵，型號為100PYS2130，單級懸臂離心泵，軸功率75kW，流量45.5m3/h，揚程130m。輸送介質為油漿，介質溫度370℃，泵吸入口壓力為0.2MPa。雖然該泵一直使用的是焊接波紋管機械密封，但由于工況介質等諸多因素的影響，該泵在實際使用過程中，機械密封經常發生泄。據統計，機械密封使用壽命最短的時間為15天， 平均使用壽命為4個月左右， 嚴重影響了工藝裝置的正常生產。為徹底消除隱患，筆者對該泵的機械密封系統進行了分析及改造，提高了機械密封的運行周期，確保了裝置平穩生產。

一、故障原因分析

催化油漿泵中的機械密封是DBM290焊接波紋管機械密封，該密封結構特點為：a.靜止式金屬波紋管結構；b.動環與軸套法蘭、螺釘連接；c.動環摩擦副低膨脹合金鑲嵌，靜環摩擦副為浸銻石墨；d.葉輪壓緊軸套實現軸套密封墊的密封。油漿泵的工作介質為催化油漿，介質溫度高且含有催化劑等固體顆粒，運行工況比較惡劣。通過數次檢修及對原機械密封的解剖分析，發現機械密封失效泄漏的原因主要有以下幾個方面。

（一）摩擦副磨損

DBM290焊接波紋管機械密封靜環摩擦副采用的材料是浸銻石墨，拆檢發現靜環摩擦副磨損嚴重且內外緣有缺口。通過試驗發現， 機械密封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響，而有效直徑是隨壓力的變化而改變。由于壓力過大，導致摩擦副過度磨損引起泄漏。同時油漿中含有固體催化劑顆粒其含量為一般不大于6g/L，生產不正常時為12g/L左右， 在操作中工藝條件稍有波動， 催化劑顆粒會進人密封面內，劃傷了動環密封面，并破壞了液膜的連續性，從而引起泄漏。正常密封時，密封面處于邊界潤滑或半液體潤滑狀態，兩表面被一層邊界膜分開。當密封面間混有催化劑顆?；蜢o環密封面上有磨損時，兩密封面間液膜厚度明顯增厚，從而導致了油漿大量泄漏。

（二）摩擦副表面熱裂紋

拆撿發現摩擦副的硬質合金環出現由硬面中心向外發散的許多粗細不一的徑向裂紋。焊接波紋管的硬質合金環與環座兩種材料的膨脹系數存在差別，在機械密封冷卻水壓力不穩定或溫度發生較大變化時容易產生局部高溫，從而導致局部熱應力過大，合金環表面熱裂引起密封失效。

（三）波紋管內側波谷部位的軟焦塊

溫度高、密度大、含有固體顆粒是油漿生成軟焦塊主要原因。該泵在370℃的工況下使用，油漿會慢慢沉淀或凝固在波紋管的縫隙中形成軟焦塊。隨著時間的推移，波紋管縫隙內的軟焦塊使得波紋管不能進行軸向拉伸、壓縮，失去彈性。這樣，波紋管就無法提供隨介質壓力變化的軸向作用力，起不到補償作用，使端面液膜壓減小，造成液膜反壓系數下降， 以致于端面比壓下降， 引起密封失效。

（四）軸套密封墊易發生泄漏

DBM90密封傳動方式為鍵傳動，軸套密封是靠葉輪壓緊軸套內的軸套墊來實現的。造成軸套密封墊泄漏的原因主要有：a. 葉輪發生反轉或泵體預熱溫度過快造成葉輪鎖緊螺母松動，使得密封墊無法壓緊而泄漏；b.在安裝過程中，軸套密封墊內進入雜質，使其密封性能失效而泄漏。

二、解決措施

（一）開槽斜面擠緊軸套式密封結構

針對密封軸套墊的泄漏，采取了開槽斜面擠緊軸套式密封結構。這種定位傳動可靠，安裝、拆卸方便且不傷軸。另外，還設置了限位板，便于泵外調整密封的壓縮量。波紋管內徑一處設一45°斜角，以分散應力，延長波紋管壽命。輔助密封采用柔性石墨替代其他密封材料，可以承受高達425℃的高溫。

（二）采用耐磨摩擦副材料

由于油漿泵介質含有固體顆粒， 所以在摩擦副動環表面噴涂了氧化鉻（Cr2O3） ，靜環材料選用YG6，該配合屬于“硬質合金-硬質合金”形式。由于二者硬度不同，既可防止動靜環密封面同時損傷，又避免了產生熱裂現象。針對高溫環境下密封環鑲嵌結構容易脫落的現象，改用整體結構密封環。密封壓縮量定為3.4mm，有效降低了密封面過多的摩擦熱。

（三）金屬波紋管作為旋轉動環

原來所用的機械密封為靜止式結構，油漿極易在波紋管縫隙生成焦塊。為了防止機械密封波紋管縫隙結焦，筆者將金屬波紋管設計成旋轉型結構。旋轉式波紋管密封在旋轉離心力作用下可以自身清洗波紋管，減少波紋管外圍沉積和內側結焦，并能防止因急冷造成的波紋管變形。

（四）改善密封的冷卻、沖洗效果

高溫油漿泵由于介質溫度高，加之短時間的機械負荷或熱負荷的作用，使得密封面間穩定液膜轉變為蒸汽狀態，這轉變過程中的溫差產生了輻射狀徑向小裂紋。為了改善密封摩擦副的冷卻效果，將循環水冷卻改用輕柴油冷卻并將原來密封壓蓋的進、出冷卻孔直徑增加2mm，這樣避免了冷卻介質的汽化且流量增加一倍，大大改善了冷卻效果。為了避免催化劑顆粒粘結，堵塞沖洗管通道，將沖洗孔直徑由5mm增大到7mm，沖洗壓力控制在0.5MPa。通過自沖洗的改進，有效地控制了密封端面溫升，增大液相面積，改善了摩擦狀態。

三、結束語

通過對油漿泵機械密封的失效原因分析，從其材料及結構等方面進行了有效改進。目前，改造后的油漿泵已應用于工業生產中。改造前該泵有效運行時間平均為4個月左右，改造后，該泵連續運行最長可達8000h，期間經過長周期高負荷運行和頻繁的切換運行而無泄漏故障。通過對油漿泵機械密封的改造及應用，不僅解決了影響裝置穩定運行的難題，而且還產生了較大的經濟效益。由此可見，催化裝置油漿泵機械密封的改造是成功的。

參考文獻

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