高速泵機(jī)械密封泄漏原因分析及改造

乙烯裝置丙烯外送泵(位號(hào)E-GA301A/B)為下游聚丙烯裝置提供原料，該泵對(duì)于整個(gè)聚丙烯裝置具有極其重要的作用，反應(yīng)所用的液態(tài)丙烯全部都由它來(lái)供給，所以一旦該泵出現(xiàn)問(wèn)題，則將導(dǎo)致整個(gè)乙烯、聚丙烯裝置停車(chē)，該泵自2001年4月投用以來(lái)，兩臺(tái)泵曾多次發(fā)生潤(rùn)滑油、密封液和丙烯泄漏故障。雖經(jīng)多次檢修，更換新的機(jī)械密封部件，但效果甚微。該泵頻繁故障，不但損耗了大量丙烯，增加了檢修費(fèi)用，而且還給整個(gè)聚丙烯裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來(lái)了很大的隱患。我們通過(guò)分析其泄漏的原因，有針對(duì)性地進(jìn)行了綜合改造，受到了良好效果。

一、基本情況：

E-GA301泵為型號(hào)為GSB的立式高速泵，航天工業(yè)總公司第十一研究所制造。由電機(jī)、增速器、泵體、強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)、密封液循環(huán)系統(tǒng)等部分組成。

增速器為二級(jí)齒輪增速，輸入軸轉(zhuǎn)速即電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2950R/M，輸出軸轉(zhuǎn)速為10275R/M，兩軸封采用了不同的形式。上軸封(即輸入軸軸封)為唇形密封(橡膠骨架唇封)，下軸封(即輸出軸軸封)為機(jī)械密封，其代號(hào)為：60C，增速器內(nèi)裝有潤(rùn)滑油，由強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)，對(duì)下部機(jī)封進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。

泵體部分的軸封為兩套串聯(lián)的機(jī)械密封，上部機(jī)械密封代號(hào)為60B，下部機(jī)械密封代號(hào)為60A。兩套機(jī)械密封之間的密封腔充滿(mǎn)密封油，在密封液補(bǔ)給循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)(包括一個(gè)密封油罐)進(jìn)行循環(huán)，對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行潤(rùn)滑、冷卻。

這三套機(jī)械密封都由如下部件組成：動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、推環(huán)、彈簧、彈簧座、輔助密封圈、卡環(huán)等。椎環(huán)、彈簧、彈簧座以及卡環(huán)，輔助密封圈有“O”形橡膠圈和PTFE楔形環(huán)，靜環(huán)材料都為石墨(M106K)。其動(dòng)環(huán)材料有所不同，60A和60C的動(dòng)環(huán)都是由硬質(zhì)合金YG6制成的，而60B的動(dòng)環(huán)，其基體材質(zhì)為OCRL8N112M02TI，在其密封端面上堆焊有一層厚度為1.5MM的硬質(zhì)合金。

二、機(jī)械密封泄漏分析：

高速泵增速器與泵體之間有一空腔，泄漏的潤(rùn)滑油和密封油都積聚在這里，經(jīng)排油孔引到泵體外的油杯中。該泵自投用以后，就有油漏出流到油杯里，每隔3—5天就需要給泵增速器油箱補(bǔ)加潤(rùn)滑油。在運(yùn)轉(zhuǎn)1—2個(gè)月后，機(jī)械密封密封性能開(kāi)始惡化，密封油向外泄漏，油杯及密封油罐內(nèi)油的顏色變?yōu)楹谏?，并開(kāi)始有丙烯竄到密封腔進(jìn)入密封油罐和油杯中，泵體振動(dòng)加大， 后丙烯大量泄漏，導(dǎo)致密封油罐壓力高報(bào)警而停車(chē)。對(duì)高速泵進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封60B靜環(huán)密封端面已破損，動(dòng)環(huán)端面上粘有一圈黑色石墨粉，60A磨損比較嚴(yán)重，60C僅有輕微磨痕。

三、改造方案：

1、60A靜環(huán)和輔助密封圈的改造 　　60A摩擦副的靜環(huán)為浸樹(shù)脂石墨，在介質(zhì)為輕烴類(lèi)、高速的情況下，浸樹(shù)脂石墨材料工作性能較好。但是，浸樹(shù)脂石墨環(huán)在工作的過(guò)程中，磨損粉末如果聚集在輔助密封圈處，特別是聚四氟乙烯刃形密封處，會(huì)使密封刃產(chǎn)生壓痕，甚到還會(huì)阻礙補(bǔ)償環(huán)的補(bǔ)償作用。在改造中，選用了強(qiáng)度高、摩擦性能和耐溫性較好的浸銀石墨環(huán)。保持系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性。

要保證密封性能，輔助密封圈應(yīng)具有良好的彈性。基于以上輔助密封圈的失效分析，將輔助密封圈由聚四氟乙烯楔形圈改為氟橡膠0形圈，同時(shí)安裝一個(gè)矩形截面的填充聚四氟乙烯墊圈，墊圈的內(nèi)徑與密封體接觸部位緊密貼合，防止固體顆粒進(jìn)入密封圈密封面。另外，由于介質(zhì)壓力較高，該墊圈還可以起到防止橡膠圈被擠出的作用。此外，0形密封圈采用軸向浮動(dòng)安裝結(jié)構(gòu)，由于彈簧力通過(guò)矩形推環(huán)直接作用在補(bǔ)償環(huán)上，當(dāng)補(bǔ)償環(huán)補(bǔ)償移動(dòng)時(shí)，0形圈上的移動(dòng)點(diǎn)有兩個(gè)。這樣做既保證了補(bǔ)償環(huán)的補(bǔ)償作用，又保證了輔助0形圈的密封作用，從而提高密封的可靠性。由于橡膠密封圈的摩擦力大，也可以增大補(bǔ)償環(huán)在非正常操作時(shí)的緩沖作用，保護(hù)摩擦端面。

2、60B動(dòng)環(huán)改造

增速器側(cè)機(jī)械密封60B的端面比壓值雖然偏小，但是其密封端面兩側(cè)壓力為零，泵轉(zhuǎn)速又很高，因此采用大的端面比壓值反而會(huì)加劇其磨損。因此，采取了不改變端面比壓，只改變動(dòng)環(huán)的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，將原來(lái)的動(dòng)環(huán)重新設(shè)計(jì)。

經(jīng)改造后的密封，自2001年11月投入運(yùn)行后運(yùn)轉(zhuǎn)到今，運(yùn)轉(zhuǎn)狀況良好，累計(jì)正常運(yùn)行時(shí)間超過(guò)2年，到今未發(fā)生泄漏，密封效果非常好。僅配件和安裝方面的經(jīng)濟(jì)效益就非常著。

四、小結(jié)

針對(duì)高速泵機(jī)械密封泄漏的原因，通過(guò)對(duì)3套密封采用綜合改造，延長(zhǎng)了高速泵的維修周期，徹底減少了這一不An全的隱患，很好地解決了問(wèn)題。這種方法對(duì)解決工況相似的設(shè)備泄漏問(wèn)題，有一定的參考價(jià)值。