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发表于 2007-8-15 21:24:38
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来自： 中国湖南株洲
渣油泵机械密封失效分析及技术改进
" }+ O5 j7 R8 m+ z1 W$ o% M# o! c 乙烯装置渣油泵是裂解燃料油气提塔的塔底外送泵，它将经柴油组分混合的渣油液输送到成品罐区。该泵在实际运行中，频繁发生泄漏，机械密封在安装运行一周左右开始微漏，1～2个月内泄漏量增大，无法继续使用。严重影响了装置的环保达标和长期稳定运行。2 A* k" u9 M& P; s0 W
1 基本情况：) p/ o. i# H# `% q6 c/ `8 F7 C
该泵为单吸悬臂卧式离心泵，主要技术参数如下表：: O" S2 g5 v4 [% v
介质 介质温度 介质粘度 流量 扬程 吸入/排出压力 轴功率 电机转数: k6 K) J& E" F( a
渣油 170℃ 7.15mm2/s 8.9m3/h 76m 0.091MPa/0.785MPa 15KW 2950r/m
) e* u; t8 h/ E) {+ b. E Q. { 其损坏情况如下：5 A0 ]9 V6 z; p1 m+ b, ]7 y+ x, i
（1）动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞# Y/ I9 Y f" }# n) {; l
（2）动环和静环有环状磨损痕迹5 b' {+ n" ~* {2 v
（3）密封腔内有粘稠状聚合物、焦状颗粒等杂质
8 K/ J3 e8 D! ^6 W0 A" p4 V（4）弹簧锈蚀严重，被杂质和聚合物卡涩，弹性不足
; `' O2 V/ Q8 O) m. R( z5 U; j7 Q2 失效分析：
4 _8 ~4 Y2 ^4 s" Q( `5 Z 一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料与介质不相容，以及制造和安装问题等。端面比压是机械密封的重要性能参数，端面比压要在设计的范围之内（内装式机械密封一般为0.4 MPa～0.7 MPa）,以保证机械密封端面良好配合，使密封面间形成有效液膜。; x" D, [0 E# t3 d; L1 D# M7 }( F% x) W
端面比压的计算公式为：7 J: E- A: G2 \# n. W
Pb＝Pt ＋Pp－Pm. ?+ Y" {. E( X; }( ?* L
Pb＝Pt ＋（K-λ）P
) M) ]2 y& R) K. {- Q- `' Z7 I+ D6 r( z 其中: d2＝72mm d1＝37mm d2＝34mm; m) O. O6 j k k
弹簧比压 Pt ＝Ft（弹簧力）／［π／4（d22－d02）］＝0.45MPa(厂家设计值)
' c& o) l5 j1 q2 C I 载荷系数 K ＝（d22－d02）／（d22－d12）＝1.056/ I( b/ }; [) m- \
膜压系数 λ=0.7424 U: g6 c6 k7 t Y9 t8 _! Z
密封腔内介质压力 P＝(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa
* a, f I; Y/ |. u1 P; t可以计算出原 8B1-P型机械密封端面比压 Pb 为0.586 MPa,是符合设计规范的, 在正常工作条件下是能够满足生产要求的。这和实际情况相吻合,在使用初期机械密封并不泄漏,那导致其失效的原因又是什么呢?这就必须从机械密封的工作环境入手,进行综合分析。3 B; E# ?4 l3 Z- J. L# S: m
E-GA103泵冲洗液来自该泵出口，经过滤器后注入E-GA103泵。在实际生产过程中，由于渣油粘度比较大，流动性差，并且渣油介质中含有粒状和粉沫状结焦物，在摩擦副周围不可避免地存在着结焦物，这对摩擦副的危害相当大。通过对冲洗系统彻底检查，发现冲洗液管严重结焦阻塞。由于该泵处于气提塔底部，管道和设备的锈蚀物以及杂质和重组份聚合物都沉积在塔底,进入泵体内的渣油含有大量的杂质和聚合物，同时由于冲洗量不足，使这些杂质和聚合物不可避免地沉积于密封腔内，造成使动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞，导致动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死，弹簧被卡涩，不能提供原设计0.586MPa的端面比压，导致密封面不能良好地贴和,液膜平衡被破坏,这时密封就会出现微漏，随着聚合物和杂质颗粒进入摩擦副端面，密封面逐渐被磨损，再加上动环轴向补偿不灵，造成密封泄漏量增加，最终导致密封彻底失效。. E' `8 g2 ~( a$ P, U6 E2 p, A
3 改进措施2 ]+ V' u4 l2 M5 E$ j, x
根据密封的失效原因，我们有针对性地从以下几个方面进行了技术改造：/ M; g3 P% O, c4 Y, F2 L' L1 Y4 T
3.1 改变密封结构形式/ n' S2 L2 [( E% ~- ~1 ?# x
根据该泵的具体工况条件，我们选用了艾志318型卡式单端面机械密封（集装式），其主要特点如下:, \, H2 [6 k- I+ Y
 通过自动锁紧环实现精确定心。
9 o# S, }# l2 [. \ 可调节式压盖可直接配合常用螺栓使用,集装式结构安装方便。
3 C3 E6 B E6 @, Y* i 弹簧位于辅助密封圈外侧，与介质完全隔开，避免了弹簧的卡涩。( S; g/ l ]( T+ w
 动环采用的是整体浮动式非镶嵌，静环是通过计算机分析，设计的Z形，其优点是散热好，热量不宜积聚。 / O2 R; N& k9 b' w; D3 _( Y$ N2 Y. p# N) [
3.2用柴油组分作冲洗液" E3 N v) P3 ?2 ~3 j% f
由于渣油组分过重并含有较多的杂质和聚合物，使冲洗管线堵死而造成机械密封损坏，所以必须选用合适的冲洗液。按照乙烯工艺流程，E-DA103塔内的混合柴油组分将与渣油混合，生成最终产品，我们认为用混合柴油作为冲洗液比较合适，原因如下：& o! S2 E( I1 ?0 j, w
(1) 混合柴油组分清洁，并与渣油相容性好。$ ^4 d [+ |- }9 Y
(2) 混合柴油组分的压力和温度都适合渣油泵工况。混合柴油组分为300℃以上的馏分，而渣油的工作温度为170℃，混合柴油作冲洗液不会汽化，有效地避免了泵的汽蚀。E-DA103的塔底循环泵E-GA105泵出口压力为0.54MPa,出口温度80℃。E-GA103泵其密封腔中的压力可由以下公式估算:0 f& _3 V6 [7 R A
P＝(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa: Z2 t* n1 K- g6 \
冲洗液压力比密封腔中的压力大0.1 MPa左右,是非常合适的,直接从E-GA105泵出口引入密封腔即可。
3 `" V; L* G+ K（3） 用混合柴油组分作冲洗液是最经济的，几乎没用增加任何投入，因为这部分柴油组分最终还是要与渣油混合。( g8 G4 g# v+ r$ m4 i% H- q
E-GA103两台泵自2001年1月开始使用卡式机械密封，从现场情况来看密封效果非常好，运行至今仍没有任何泄漏迹象，使用寿命达到了2年以上。原8B1-P机封每套价格为960元，卡式机械密封每套2500元,两年内仅机封备件费就节约1万余元，通过去除密封冲洗,提高了泵的有效流量,经济效益是显而易见的。
! b; ~1 i7 Q! ]! i5 V４ 结束语, H( n5 X# D! e' ^6 |) Q; J% p
通过对渣油泵机械密封结构的改造，并合理选用冲洗液，提高了机械密封的使用性能，解决了机械密封频繁泄漏的问题，降低了设备维护和维修费用，保证了装置的连续稳定生产。 |
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发表于 2009-5-26 11:11:13
