延長弱堿循環泵運行周期的改造措施

馬風龍，張艷全，曾登林，王彥江，劉偉

（獨山子石化公司設備檢修公司乙烯鉗工車間， 新疆 獨山子 833699）

我廠某裝置有一臺弱堿循環泵，自2017年4月初開始，僅僅4個月的時間里，機械密封泄漏修4次，平均下來每月檢修一次，無法滿足生產要求。該泵停機后將會導致下游塔穿透，影響關鍵機組運行，造成裝置降低負荷運轉，對企業造成很大的經濟損失。

為解決弱堿循環泵機械密封運行周期短問題，對故障所產生的原因進行分析，對歷次檢修原因檢查發現，機械密封的故障都是由于密封面結焦嚴重,動環硬質合金裂紋而導致的，所以針對機械密封密封面材質及機械密封沖洗方面進行研究和處理，針對機械密封沖洗量進行計算分析，并對沖洗孔的位置進行了相應的改造。實施后，延長了設備的運行周期。

1 設備主要參數

該泵結構為單級懸臂式離心泵，機械密封采用單端面密封，動環是波紋管，摩擦副材料是硬質合金對硬質合金，沖洗方式為自沖洗。設備運行工藝參數如表1。

表1 設備運行工藝參數

2 設備運行故障概述

該泵在2017年4月以前的機械密封運行周期是3個月，由于運行周期短，生產車間通過某機封廠家對其進行了改造。但改造后運行狀況不理想，每套機械密封運行1個月就出現泄漏故障。自4月份開始連續更換了4套機械密封，通過檢查我們發現了一些相同的故障現象，密封面結焦嚴重,動靜環硬質合金表面有大小不等的熱裂紋。

3 機械密封失效原因分析

（1）機械密封動環鑲裝時應力過大。該機械密封動靜環材質均采用W7硬質合金，動環座材料為316，采用H7/u6過盈配合熱鑲裝工藝，過盈配合太大會導致硬質合金變形，內應力過大，溫度高時造成熱開裂，使密封失效。還有就是當密封面溫度急劇升高時，動環配合松動，與靜環一起轉動也可以造成密封泄漏故障。

（2）密封冷卻不良造成機械密封運行周期短。解體檢查機械密封，發現機械密封端面結焦嚴重，動靜環表面有大量小的熱裂紋。將機械密封端面結焦取出進行化驗，得出的結論為氫氧化鈉的結晶體。密封面的高溫使氫氧化鈉溶液在動靜環處結晶析出溶質，溶質的不斷聚集使產生的熱量大量聚集而無法散去，從而導致硬質合金密封面熱開裂，結晶的溶質還可以進入密封端面加劇密封面的磨損，造成密封運行周期短。密封腔中熱量的主要來源是密封動靜環摩擦副產生的熱量，而該熱量一般都是由機封的沖洗系統帶走的。沖洗是機械密封所有輔助設施中最主要的工作方式。所謂沖洗就是將密封流體注入到密封腔內對密封端面進行冷卻、凈化、潤滑等功能，將不利的環境改為密封能接受的工作環境。由此我們得出造成機械密封運行周期短的另一原因是由于機械密封的冷卻沖洗不良，不能將機械密封內部摩擦產生的熱量帶走，造成機械密封內部溫度過高。

4 機械密封的改造

（1）更改機械密封動環的鑲裝工藝。動環座和動環按照H7/s6的公差配合安裝，配合時打膠，用樂泰E-214hp膠水，單組分環氧膠加熱固化，固化后強度、硬度非常高。這樣改進的好處首先是減少應力，避免開裂，還可以增加動環的裝配強度和密封性能，避免動環與環座相對轉動造成介質泄漏。

（2）更改自沖洗孔的角度。在對機械密封進一步仔細研究后發現，原機械密封壓蓋上的沖洗孔的位置和角度不合適，造成沖洗液射流不能正沖在機封摩擦副上，影響冷卻效果和沖洗效果。經過測量，我們將沖洗孔角度從原來的與軸線夾角45°變為40°，確保沖洗射流與密封端面位置對準。

（3）核算密封沖洗量。理論上講沖洗量是按密封裝置的熱平衡原理計算確定的。注入的沖洗量過大，浪費能量。注入的沖洗量過小，無法達到冷卻、凈化效果。該計算復雜，有很多數據是選取的，計算的結果沒有多大的意義。根據長期的實踐和經驗，沖洗量的大小可根據機械密封的規格（直徑）和介質的種類進行選取。總結見表2。

表2 一般介質泵用機械密封的沖洗量（3000 r/min）

選取沖洗量時，對于易揮發或溫度較高的介質要適當大一些。該泵密封直徑為Ф55mm，溫度為40°。選取時可以不考慮介質溫度的因素，但考慮到介質容易結晶的特性，我們選取沖洗流量適當放大，故選取4L/min。

（4）密封沖洗孔的尺寸確定。我們一般通過核算密封沖洗液通過沖洗孔的沿程損失來確定沖洗孔孔徑是否合適。在計算時，首先應假定一種沖洗孔徑，計算出沖洗孔中流速，然后再計算沖洗孔中的沿程損失。對達不到設計要求的沖洗量，可以增加沖洗孔徑減小損失來增大沖洗量，反之，用減小沖洗孔徑的方法來減小沖洗量。具體計算如下：

沖洗量Q=4L/min，假定沖洗孔徑d=Ф5mm。

式中：v為沖洗孔內流速（m/s）；d為沖洗孔徑（m）；Q為沖洗流量（m3/s）。

式中：ν為流體的運動粘度，m2/s；與溫度、介質種類有關，其值為動力粘度與密度的比值。μ為流體的動力粘度，為流體在該溫度下的密度，

式中：L為為沖洗孔長度，m；v為沖洗孔內流速，m/s；d為沖洗孔徑，為沿程阻力系數，對于沖洗孔中的不同流速狀態，其系數的計算公式有差別，與雷諾數有關。

當4000＜Re＜105時，用勃拉修司經驗公式：

現在對沖洗孔兩端列能量平衡方程，由伯努利方程可得：

Za為沖洗孔入口位置勢能；為沖洗孔入口壓力勢能；為沖洗孔入口處動能；為沖洗孔入口處動能修正系數；為沖洗孔出口位置勢能；為沖洗孔出口壓力勢能；為沖洗孔出口處動能；a2為沖洗孔出口處動能修正系數；λ為密封介質的重度，為沖洗液密度

該泵Pa等于泵出口壓力，Pb與泵入口壓力大致相等，因此：

5 結語

通過分析，設備維護人員找到密封運行周期短的原因，并采取了有針對性的解決措施。經過實施后，機泵至今運行穩定，取得了一定的經濟效益。說明對故障原因分析準確，措施有效。