氧化鋁蒸發工藝中機械密封泵泄漏原因分析及對策

柳 權

（中鋁礦業有限公司，河南 鄭州 450041）

機械密封泵是蒸發工藝中的關鍵附屬設備之一，其運行的穩定性，直接影響著蒸發器組及整體生產系統的穩定性。隨著氧化鋁成本競爭力的不斷增加，生產工藝流程水平的進一步提升、設備的大型化、節能化需求越來越迫切，蒸發系統中機械泵長周期、無泄漏、高效率運行的要求越來越高。據統計，某氧化鋁廠，因泵機封泄漏而導致機組停車占蒸發器非計劃停車原因的40%以上，由于設備泄漏，帶堿機封水被迫改入系統，導致濃度沖淡；泄露物料導致現場環境惡化，影響員工安全巡檢及維護操作；更為重要的是蒸發機組的非劃停車導致生產系統的不穩定及生產成本的升高。因此，如何快速解決機封泵泄漏問題，提升蒸發機組運轉率是急需解決的問題。

1 機械密封泵泄漏原因分析

1.1 物料的強堿性

蒸發母液主要成分為氫氧化鈉、碳酸鈉、鋁酸鈉及少量的固體顆粒，母液經過真空蒸發后，苛性堿濃度最高達到250g/l，介質溫度最高158℃，普通機械密封橡膠件在高溫、強堿腐蝕情況下，極易造成橡膠圈硬化、斷裂并失去彈性，同時，固體顆粒在高速流動的情況下會對機械密封金屬材質造成較大沖刷、剝離，導致機械密封失效、泄露。

1.2 物料的強酸性

蒸發器在運行過程中，以碳酸鈉、硫酸鈉、鈉硅渣等形成存在的結疤附著在蒸發器加熱管壁上，導致加熱管傳熱效率降低、蒸發產能下降，蒸汽消耗升高。為了提高蒸發器效率，常采用5%～10%稀硫酸+緩蝕劑的方式對蒸發器加熱管進行酸洗，周期為25天～30天，酸洗過程中強酸會對機械密封橡膠件、金屬材質產生腐蝕作用。

1.3 密封選材不當

因蒸發工藝中工況條件具有強酸、強堿雙重強腐蝕的特性，機械密封因選材不當而導致金屬材料表面腐蝕，其現象為泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。另外，金屬在腐蝕和應力的共同作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂。

1.4 輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕

輔助密封圈橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，導致密封橡膠表面變粗糙且失去彈性，變形，容易斷裂。

與輔助密封圈接觸部位如機械密封動環、軸套、靜環、靜環座，與輔助密封圈接觸處沒有大的相對運動，該處積液相對靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動環、靜環座及密封體造成特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時存在，交替進行，產生的腐蝕面較寬、較深。

1.5 機封安裝及使用過程中存在問題

通過對機封泵安裝過程進行跟蹤，發現存在的問題有：O形圈劃傷引起的輔助密封泄漏；密封環面不潔凈，在上緊壓蓋前，沒有將密封環面擦拭干凈就上緊壓蓋，使密封環面內有雜物存在；彈簧壓縮量沒有按規定進行，存在過大或過小的現象，壓縮量過大增加端面比壓，摩擦熱量過多，造成密封面熱變形和加速端面磨損，壓縮量過小動靜環端面比壓不足，則不能密封。同時，在日常操作維護中發現，在設備運行過程中存在機封水壓力波動、流量不足或中斷的情況發生，導致密封環面磨損加劇至失效。

2 機械密封泵泄露問題的應對措施

2.1 材質的選型

由于機封泵工作環境存在強堿、高溫、強酸以及顆粒物磨損等特點，因此，機械密封及輔助密封圈的選材選型就變得相對復雜，針對存在的問題與廠家技術人員共同對密封泵所需要使用材質的進行分析研究，最終確定：物料中含高硬度顆粒，苛性堿濃度160g/l～250g/l，介質溫度65℃～150℃，機械密封密封環采用鈷基硬質合金，硬質合金韌性和剛性特別大，而且耐磨性及抗堿性腐蝕較好，能最大限度的減少料漿對其的沖擊及腐蝕損害。機械密封的金屬材料選用316L;2Cr13，耐堿性腐蝕及抗料漿沖刷。橡膠密封圈采用氟橡膠（氟橡膠具有耐高溫、耐油、耐化學腐蝕等優點，在濃硫酸、硝酸、磷酸、燒堿等介質中均能采用，最高使用溫度可達250℃），保證輔助密封的可靠性。

2.2 減少酸洗次數

在蒸發機組運行中，通過提效攻關，在蒸發物料中添加化學阻垢劑顯著提高了蒸發器運行周期，減少了酸洗次數。蒸發器運行周期從25-30天延長到110-120天。蒸發器運行周期延長后，酸洗周期由原來的1個月/次，延長到3個月/次，隨著蒸發器酸洗次數的減少，硫酸對機械密封腐蝕的作用顯著減少。

其次，通過實踐證明，在機械密封泵進口管道上安裝過濾篩箱，避免結疤進入泵腔內，減緩結疤對機械密封泵的沖刷，有利于泵的穩定運行，延長機械密封使用壽命。

2.3 改善機封水質

泵在運行過程中密封水壓力波動、流量不足或中斷也是導致泵機封密封環面磨損加劇至失效很重要的原因之一。在實際運行中，機封水存在的問題：泵機封用水全部采用生產循環水，此水中含有鈣、鎂離子以及細微顆粒，導致機封水管在運行一段時間后出現管道內壁結疤、堵塞、出水不暢、水壓力變小等現象。

針對存在問題，對機封水流程進行優化改造，具體實施措施：安裝換熱板式，將水質較好的70℃蒸發合格水降溫至35℃～40℃，同時安裝循環泵、水箱、進出水管路及其他附屬設備，構成機封水自循環流程。流程改造運行6個月后，仍可以達到供水壓力穩定、密封水管內壁干凈、無結疤的良好效果。

2.4 提高機封泵安裝質量

（1）首先對旋轉軸、密封腔體進行清潔。

（2）對機械密封裝置中所有安裝O形圈處抹潤滑油或肥皂液，以便于機械密封的順利安裝。

（3）安裝過程中保持機械密封裝置清潔，特別是密封面和輔助密封圈表面應無雜質、灰塵，不允許用不清潔的布及其它物品擦拭密封面。

（4）安裝中嚴禁碰撞、野蠻敲打密封元件，以防止密封件損壞，摩擦副表面應保持清潔不涂任何油。

（5）機械密封安裝完成后，用手轉動回轉軸，檢查靜環、壓蓋與軸套之間和旋轉件與密封腔之間有無摩擦，泵軸轉動一周應用力均勻。如轉不動或轉一周局部用力很大，則應檢查密封是否存在安裝問題，必要時應拆泵查找問題，解決后重裝。

2.5 機封泵操作維護注意事項

（1）泵啟動前3～5分鐘打開機封水系統，并調節閥門使機封水壓力略高于泵腔壓力。

（2）密封位置應始終保持充滿液體態，盡量避免抽空現象。

（3）緩慢轉動泵軸，觀察密封有無泄漏。如果出現較大的泄漏，則可能存在密封安裝或其他問題，應拆開密封仔細查找原因，排除問題后重裝。

（4）設備初始運行時要隨時檢查設備有無異響和發熱,無以上現象即可連續運行,但需對機械密封的運行情況及時進行監控，發現異常及時處理。

（5）啟動泵初期，可能存在微小滲漏，但滲漏逐漸減少則可正常使用，而滲漏不斷增加則說明有安裝錯誤或密封有問題，應停止運行，拆泵查找原因，重新裝配密封。

（6）在密封運行期間應注意以下問題，以保證密封的壽命：避免介質壓力波動；避免頻繁開停車；避免干摩擦現象；避免機封水中斷或流量不足；避免機封水壓力低于泵內壓力；定期檢查密封輔助系統工作是否正常。

3 結論

通過生產廠家對機械密封及輔助密封圈材質進行重新選型、提高產品質量，以及從工藝方面減少酸洗次數、改善機封水質，提高機封安裝質量，加強機封泵的操作維護等措施，機械密封泵壽命得到大幅度提高，其中，蒸發器1-3效機封使用周期由原來的1-3個月延長至6個月以上，4-6效及其他附屬泵類設備機封最長達到10個月以上。設備穩定運行后，操作及檢修人員的勞動強度大幅降低，蒸發器系統得以穩定運行，為生產成本的降低奠定了良好基礎。本文所采用的延長機械密封泵壽命的經驗和做法均來自于生產實踐，可以在其他工序和同行業進行推廣和應用。