高壓泵密封失效分析及改進

朱輝　王曉波

摘 要：高壓泵柱塞密封性能好壞與使用壽命的長短直接影響催化劑的正常生產(chǎn)，通過對密封失效原因進行研究分析，提出改進措施，為催化劑平穩(wěn)生產(chǎn)奠定基礎。

關鍵詞：柱塞泵；柱塞密封；改進措施

中圖分類號：TE964 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0052-02

高壓泵是催化劑生產(chǎn)過程中最重要的設備之一，目前該廠使用的高壓泵主要為往復式的柱塞高壓泵，主要用于給噴槍內注入高壓膠體，正常情況下壓力高達13MPa，高壓泵的運行狀況直接影響到催化劑成品的產(chǎn)量，因此，提高高壓泵柱塞密封的使用壽命對生產(chǎn)運行具有極其重要的意義。

1 高壓泵柱塞密封結構

高壓泵密封是軸向往復式動密封，屬于“V”型接觸式密封如圖1所示，密封采用氟橡膠材料制成，通常為了延長密封的使用壽命，使用特殊的支撐圈，分別安裝在密封圈的前后端。

2 柱塞密封運行現(xiàn)狀

該廠高壓泵所輸送的介質具有高粘度、強酸性，Cl-含量高，硬質顆粒多等特點。在這種流體性質下，高壓泵的密封受到了極大的挑戰(zhàn)，膠體中的細微顆粒在高壓狀態(tài)下，將進入密封端面，使密封填料的機械磨損增加，同時強酸性和高氯含量也增加了密封填料的腐蝕性，造成高壓泵密封填料壽命僅有3-5天，嚴重影響了工廠的連續(xù)性生產(chǎn)，耗費了大量的人力，同時也增加了工廠維護費用。

3 密封失效分析

為了弄清高壓泵密封的主要失效形式和原因，分別對已失效的高壓泵密封進行了解剖分析。

3.1 失效形式

3.1.1 密封圈的老化

老化產(chǎn)生的部位：橡膠密封圈有老化現(xiàn)象，橡膠密封圈的密封面有裂紋、橡膠硬化，失去彈性。產(chǎn)生原因：一是由于密封圈的壓縮量比較大，所以密封力也就越大，從而導致密封面所受到的摩擦力就越大，溫度急劇升高；二是由于散熱不好加速橡膠密封圈的老化，使得橡膠圈表面變硬、強度和彈性降低、橡膠變脆，耐磨性下降，所以密封圈的表面有裂紋。

3.1.2 撕裂與斷裂

撕裂產(chǎn)生的部位：橡膠密封圈撕裂部分均發(fā)生在與柱塞表面接觸的密封面上產(chǎn)生的原因：

（1）膠體進入密封表面，密封面的摩擦力增加，密封面的溫度升高，從而增加密封圈的老化，使得密封材料彈性降低；（2）隨著柱塞往復的運動，膠體不斷地磨損密封圈，在一定的循環(huán)次數(shù)以后，很容易在老化部位產(chǎn)生裂紋，裂紋的增長將促使橡膠顆粒迅速與膠體表層分開，橡膠纖維被拉斷，最后撕裂；（3）這種撕裂的反復作用就形成不規(guī)則的裂條，密封根部被嚴重咬壞、直至完全喪失密封能力，這樣就導致有更多的膠體進入密封表面，經(jīng)過多次作用，最后導致斷裂。

3.1.3 磨損

磨損產(chǎn)生的部位：密封圈幾乎都有磨損的痕跡，特別是密封面，密封圈的軸向有凹凸不平的劃痕。產(chǎn)生的原因是膠體液進入摩擦界面，當柱塞在往復運動時，膠體液粘附在柱塞表面，并被帶入到密封面，反復地磨蝕密封面，失去彈性的橡膠表面就會產(chǎn)生溝槽。

3.2 失效原因分析

3.2.1 抽空

當喂料泵輸送量降低或高壓泵入口過濾器堵塞出現(xiàn)抽空，液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)空穴現(xiàn)象時，大量的氣泡破壞了液流的連續(xù)性。當大量氣泡隨著液流到壓力較高的部位時，氣泡在高壓下迅速破裂，并又凝結成液體，使體積突然減小而形成真空，周圍高壓液體迅速流過來補充。由于這一過程時間極短，產(chǎn)生局部高溫，柱塞密封圈老化，密封材料彈性降低，并帶有強大沖擊壓力，產(chǎn)生強烈的振動和噪聲，從而造成密封圈的損壞。導致高壓泵抽空的直接原因主要是來量不足，造成來量不足的原因有以下五個方面：

（1）喂料泵流量輸送量過小。（2）高壓泵入口過濾器過濾面積小。（3）入口管線細（僅90），且彎頭多，會增大液體的局部水頭損失，從而降低了泵的吸入能力，造成供液不平穩(wěn)。（4）入口罐液面較低時，柱塞泵供液不足，也會造成泵抽空。（5）固含量過高，液體過稠時，流動性較差，不能滿足泵的吸入量，造成泵抽空。

3.2.2 流量壓力波動

高壓泵入口僅裝有過濾網(wǎng)，從喂料泵輸出的物料壓力和流量經(jīng)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，高壓泵在不穩(wěn)定狀態(tài)下運行，加劇了柱塞和盤根磨損，導致密封失效。

4 改進措施

針對高壓泵出現(xiàn)的問題，經(jīng)過分析研究，作出相應的改進如圖2。

（1）增加過濾器過濾面積：高壓泵入口過濾器容易被物料堵塞造成高壓泵抽空從而造成高壓泵盤根失效，出現(xiàn)高壓泵柱塞漏膠，高壓泵無法運行。為了改善高壓泵過濾器堵塞，可以增加過濾器臺數(shù)，將原來一臺過濾器改為現(xiàn)在兩臺過濾器同時運行，這就增加了過濾器過濾面積。同時將原來兩天清一次過濾器的過濾網(wǎng)變?yōu)槊堪嗲逡淮芜^濾器過濾網(wǎng)，避免物料堵塞過濾網(wǎng)。（2）增大喂料泵輸送量：喂料泵是高壓泵的物料輸送泵，該廠現(xiàn)喂料泵的流量是20m3/h，與長嶺催化劑廠喂料泵流量50m3/h相比，該廠20m3/h流量相對較小，從長嶺催化劑廠高壓泵運行情況來看，長嶺催化劑廠高壓泵運行情況良好且檢修頻率相對比較低，兩個廠高壓泵輸送物料情況基本相同。對此借鑒長嶺催化劑廠高壓泵喂料泵的輸送流量，喂料泵的流量由原來每班開一臺喂料泵現(xiàn)改為每班同時開兩臺泵，以滿足高壓泵入口流量，避免高壓泵抽空。（3）優(yōu)化入口管線：結合現(xiàn)場實際狀況，管線管徑由原來的90至擴大至110，改善柱塞高壓泵的吸入條件，減少泵的抽空現(xiàn)象，取得了良好效果。（4）增加緩沖罐：在高壓泵入口增加緩沖罐來保證高壓泵入口壓力流量穩(wěn)定，促使物料穩(wěn)定進入高壓泵腔體，使得高壓泵能正常平穩(wěn)工作。

5 結語

綜上所述，高壓泵柱塞密封失效的主要原因是泵抽空導致密封圈溫度升高。由于密封圈工作表面溫度升高，使得密封材料的密封性能喪失，材料老化，材料的彈性降低，從而導致密封性能降低。因此，只有杜絕泵抽空現(xiàn)象，才能延長高壓泵密封的使用壽命。

參考文獻

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