溶脫P102機械密封問題的分析與改進

陳輝

摘 要：筆者通過對溶脫裝置P102密封使用壽命短問題進行分析，并采取相應的改進措施，解決P102密封反復泄漏、使用壽命短的問題，減少了設備的檢修頻次，極大地延長了密封使用壽命，顯著提高了經(jīng)濟效益。

關鍵詞：溶脫P102;機械密封;改進分析

中圖分類號：TD421 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）4-0040-03

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.008

Analysis and Improvement of the Dissolved P102 Mechanical Seal

Problem

CHEN Hui

（Zhenhai Petrochemical jianan Engineering Co.， Ltd.， Ningbo 315207，China）

Abstract：The author introduces the analysis of the short service life of the P102 seal， and takes corresponding improvement measures to solve the problems of repeated leakage of P102 seal， reduce the maintenance frequency of the equipment， greatly extend the service life of the seal， and significantly improve the economic efficiency.

Keywords： dissolution of P102; mechanical seal; improved analysis

0 引言

溶脫裝置溶劑泵P102為裝置輸送溶劑的核心機泵，該泵的運行情況直接影響著裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。2012年反復出現(xiàn)機械密封泄漏問題，由于該機泵介質(zhì)含液態(tài)烴，硫化氫含量極高，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患。通過分析機械密封泄漏原因，提出相應的改進措施，提高設備運行的可靠性，保證裝置的平穩(wěn)長周期運行。

1 機泵簡介

溶脫裝置P102/A-B溶劑泵為德國KSB公司生產(chǎn)的中剖式多級泵。采用電機直接驅(qū)動，滾動軸承兩端支撐，七級葉輪分兩段對稱布置結構。非驅(qū)動端軸承箱自帶風扇冷卻。

①溶劑泵泵參數(shù)。位號為P102/A-B;型號為DVM×3.4.9NH/11ST;轉(zhuǎn)速為2 975 r/min;功率為153 kW;介質(zhì)為溶劑;進口壓力為0.8 MPa;介質(zhì)溫度為55 ℃。

②密封形式。密封型號CM1Bn-085//11B-080FL;沖洗方案PLAN 11+PLAN 52（見圖1和圖2）[1];緩沖罐型號CMG3-12。

1.1 機泵密封檢修統(tǒng)計

該機泵自2012年3月8日裝置停工檢修，正常更換4套P102/A-B機械密封后，運行期間出現(xiàn)多次機械密封泄漏問題，具體清單見表1。

1.2 P102機械密封泄漏原因分析

從每次P102泵機械密封的泄漏現(xiàn)象觀察，主要存在密封緩沖液從大氣側二級密封處泄漏，密封壓蓋溫度相對較高（最高時120 ℃），密封緩沖罐表面溫度較高（最高時60 ℃），密封緩沖罐內(nèi)有壓力顯示存在泄漏現(xiàn)象，密封緩沖罐緩沖液循環(huán)進出管線溫差小，運行在密封處有時存在嘶叫聲等情況。從檢修時機械密封解體情況看，存在石墨環(huán)皰疤，石墨環(huán)輕微咬蝕有摩擦留下的紋理，介質(zhì)側主密封動環(huán)O型圈變形、失彈，密封緩沖罐單向閥開啟壓力0.2 MPa易使緩沖罐內(nèi)產(chǎn)生憋壓等現(xiàn)象。

根據(jù)以上機械密封現(xiàn)象分析，密封泄漏原因有如下幾種。

①密封端面液膜存在閃蒸。液態(tài)烴為易揮發(fā)性介質(zhì)，極易汽化產(chǎn)生相變。端面摩擦及旋轉(zhuǎn)元件攪拌液體產(chǎn)生熱量致使介質(zhì)的飽和蒸氣壓上升，當密封的工作壓力低于介質(zhì)的飽和蒸氣壓時，端面液膜發(fā)生閃蒸爆裂，喪失潤滑性能，造成密封端面干摩擦，致使密封泄漏[2]。機械密封運行有時發(fā)出嘶叫聲，檢修時發(fā)現(xiàn)石墨環(huán)有輕微咬蝕，有摩擦留下的紋理等現(xiàn)象，這些是由液膜閃蒸后密封端面傾斜所致。

②機械密封熱損傷。機械密封件因過熱而導致失效，出現(xiàn)常見彈性元件失彈、密封端面皰疤等現(xiàn)象。當浸漬石墨環(huán)超過其許用溫度時，樹脂會炭化分解形成硬粒和析出揮發(fā)物，形成疤痕，從而極大地增加摩擦力，并使表面損傷出現(xiàn)高泄漏[3]，出現(xiàn)介質(zhì)側主密封動環(huán)O型圈變形、失彈，密封壓蓋溫度相對較高（最高時120 ℃），密封緩沖罐表面溫度較高（最高時60 ℃），石墨環(huán)皰疤（見圖3）等現(xiàn)象。

③密封緩沖液冷卻效果不良。緩沖罐冷卻面積不足，冷卻水壓差流速不夠，緩沖液泵送環(huán)效果不佳，循環(huán)管線阻力大等都可能造成密封壓蓋溫度相對較高（最高是120 ℃），緩沖罐表面溫度高至60 ℃，密封緩沖罐緩沖液循環(huán)進出管線溫差小，密封緩沖液冷卻效果不良等現(xiàn)象加劇機械環(huán)境惡化。

④密封罐放空壓力設置不合理。機械密封允許存在微量的泄漏，當微量液態(tài)烴介質(zhì)揮發(fā)出來不能及時從緩沖罐釋放到低壓瓦斯管線，造成密封緩沖液帶氣極易形成氣阻，造成密封環(huán)境的惡化。

⑤密封材質(zhì)質(zhì)量不良。因密封材料質(zhì)量不良，造成輔助密封O型圈未到最高許用溫度就開始失彈，浸漬石墨出現(xiàn)皰疤等現(xiàn)象。

2 改進措施及對策

針對上述分析的密封泄漏原因，對P102機械密封提出了如下改進措施。

2.1 增大自沖洗截流孔板的孔徑尺寸，改善自沖洗冷卻效果

密封自沖洗孔板是用來控制沖洗流量的器件，孔的直徑越大流量越大，現(xiàn)將原來2.5 mm的直徑擴大到3.5 mm。查閱標準《機械密封系統(tǒng)用孔板》（JB/T 6634—1993）可提高6.52 L/min沖洗量，不同封油循環(huán)量下封油帶走熱量曲線見圖4[4]。

2.2 重新設計密封泵送環(huán)，改善密封緩沖液循環(huán)量

要求廠家將密封內(nèi)泵送環(huán)的設計參照《現(xiàn)代泵理論與設計》，對螺旋密封的最佳設計要求進行加工。即槽深h為齒頂間隙的2～3倍，最佳螺旋角為10°～20°，螺旋頭數(shù)i>3，齒寬應等于槽寬，即b=a[4]。重新設計核算，增加泵送環(huán)的循環(huán)量。

2.3 更新緩沖罐，重新配管密封循環(huán)管線，沖洗接口方向

更新原12 L的密封緩沖罐為20 L的密封緩沖罐，型號為CMG3-20。增加緩沖循環(huán)液換熱面積，并對密封緩沖循環(huán)管線重新配管，加大管線直徑，減少管線彎曲，增大彎曲半徑，并將原密封壓蓋上的緩沖液進出管線約135°改為約225°，增加循環(huán)液流經(jīng)面積。進一步改善機械密封冷卻效果不良現(xiàn)象。

2.4 重新設定緩沖罐放空壓力

緩沖罐頂放空單身閥重新設定檢驗為0.05 MPa，減少主密封微量泄漏的液態(tài)烴介質(zhì)積存在密封緩沖缸中，減少緩沖液帶氣造成的循環(huán)和冷卻不良現(xiàn)象。

2.5 密封材質(zhì)進行升級

要求密封廠家升級浸漬石墨和O型密封圈為進口材質(zhì)，保證密封材質(zhì)質(zhì)量相對可靠。

2.6 確保開機時密封循環(huán)管線內(nèi)無氣阻

要求泵檢修后在緩沖罐內(nèi)加緩沖液時先接進口線，等緩沖液從排出接口溢出后再接出口接頭管線，一定要確保循環(huán)管線內(nèi)無氣體殘留，防止泵開機時產(chǎn)生氣阻造成密封干摩擦對密封造成損壞。

2.7 嚴格控制工藝指標

機械密封只有處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)才能保證端面液膜的穩(wěn)定，保持端面液膜正常工作的關鍵參數(shù)就是端面比壓，而在工藝操作中，溫度、壓力、流量的變化都會對端面比壓造成影響，因此要求工藝保持泵正常運行參數(shù)的穩(wěn)定。

經(jīng)過對P102密封的綜合改進，現(xiàn)密封壓蓋處溫度基本穩(wěn)定在60 ℃左右，泵密封的使用壽命得到顯著提高。從2013年6月使用改進措施以后，一直到2017年未更換，完全達到API密封壽命標準25 000 h的使用時間要求，從而保證了裝置設備的平穩(wěn)運行。

3 結語

液態(tài)烴類泵的密封壽命與工作條件控制、輔助措施、密封材質(zhì)等息息相關。加強保證密封自沖洗壓力和溫度，改善密封泵送環(huán)結構，增加緩沖液冷卻面積可達到降低密封工作環(huán)境溫度，防止密封面液膜汽化，保持端面良好的潤滑效果，對提高機械密封工作的可靠性、延長使用壽命具有十分重要和不可替代的作用。日常對泵密封檢修過程中應重視輔助系統(tǒng)和工藝操作的檢查，提升機械密封的工作壽命。

參考文獻：

[1] 郝木明.機械密封技術及應用研究[M].北京：中國石化出版社，2010：150-170.

[2] 顧永泉.流體動密封[M].山東：石油大學出版社，1996：184-208.

[3] 郝木明.機械密封技術及應用研究[M].北京：中國石化出版社，2010：259-268.