低溫液體泵機(jī)械密封泄漏原因分析及改造

尚陽(yáng)鋒

作者通聯(lián)：河南煤化集團(tuán)鶴壁煤電股份有限公司化工分公司檢修公司 河南鶴壁市山城區(qū)西環(huán)路 458000

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一、機(jī)械密封泄漏

煤制甲醇項(xiàng)目空分裝置液氮槽車(chē)用懸臂式環(huán)段雙級(jí)離心泵（P50），瑞士CRYOMEC 公司制造，型號(hào)ZP2/260-7，5-DCNSLL，軸封采用波紋管機(jī)械密封。裝置停運(yùn)期間，液氮槽車(chē)泵，通過(guò)兩臺(tái)大氣氣化器負(fù)責(zé)向界外裝置輸送密封氮?dú)?，裝置正常運(yùn)行期間負(fù)責(zé)槽車(chē)充裝，間斷運(yùn)行。泵體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 液氮槽車(chē)泵泵體結(jié)構(gòu)

液氮槽車(chē)泵首次運(yùn)行，各參數(shù)正常，均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。運(yùn)行4h 后停泵，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封泄漏。檢查密封氣壓力正常，工藝人員對(duì)泵重新解凍，然后嚴(yán)格按照冷泵曲線再次冷泵，避免因冷泵過(guò)快對(duì)泵體造成影響，但機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象沒(méi)有消除。解體檢查各部件未發(fā)現(xiàn)異常，將泵回裝，冷泵后啟動(dòng)，運(yùn)行正常，但是停泵后，機(jī)械密封再次出現(xiàn)泄漏。泄漏現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，廠家人員反復(fù)解體檢查，更換新機(jī)械密封也無(wú)濟(jì)于事，最后廠家不得不放棄。

二、密封泄漏原因分析

（1）泵解體時(shí)，機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)摩擦副光潔、平整、無(wú)破損、無(wú)劃痕。機(jī)械密封波紋管及其與波紋管座間的焊縫著色檢查沒(méi)發(fā)現(xiàn)裂紋。O 形環(huán)1、2 完好，彈性良好，尺寸合適。避免了因密封組件缺陷引起泄漏。

（2）泵嚴(yán)格按照技術(shù)要求回裝。泵軸和電機(jī)軸經(jīng)聯(lián)軸器（屬剛性聯(lián)軸器）聯(lián)結(jié)后，泵軸末端及葉輪徑向跳動(dòng)均＜0.02mm，葉輪與軸垂直度偏差0.01mm，動(dòng)環(huán)定距套兩端面平行度偏差0.01mm，機(jī)械密封靜環(huán)組件在軸上滑動(dòng)自如，無(wú)卡澀現(xiàn)象。

（3）電機(jī)軸承為單列深溝球軸承，聯(lián)軸器為剛性聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)子的軸向竄量，基本上就是軸承的軸向游隙，可不予考慮，因此轉(zhuǎn)子的微小竄量，不會(huì)引起機(jī)械密封泄漏。

（4）對(duì)泵體、密封腔、電機(jī)等各部位進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，最大0.22cm/s，處于優(yōu)良級(jí)，可排除泵振動(dòng)大造成機(jī)械密封泄漏的可能。

（5）機(jī)械密封的密封氣壓力一直控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)（0.2～0.3MPa），沒(méi)有因?yàn)槊芊鈿鈮毫^(guò)低引起機(jī)械密封泄漏。

（6）由于空分裝置是由液化空氣（杭州）有限公司整體設(shè)計(jì)、供貨，因此設(shè)備安裝過(guò)程中液空現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)安裝質(zhì)量全程監(jiān)控，內(nèi)潔工作做得非常好，泵解體檢查已得到很好驗(yàn)證，泵體內(nèi)沒(méi)發(fā)現(xiàn)任何異物。從而也排除了因摩擦副間雜物引起機(jī)械密封泄漏的可能。

以上原因排除后，認(rèn)定機(jī)械密封波紋管在超低溫環(huán)境下彈簧比壓急劇下降，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)密封面貼合不緊。由于泵需要頻繁開(kāi)停，波紋管低溫下不能回彈，從而導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)密封面間出現(xiàn)縫隙，造成機(jī)械密封泄漏。

圖2 兩半式圓環(huán)和彈簧

三、機(jī)械密封的改進(jìn)

（1）利用低溫材料，加工兩件內(nèi)徑88mm，外徑110mm的兩半式圓環(huán)，開(kāi)口處用M5 內(nèi)六方螺栓緊固在波紋管兩端并緊貼波紋管座的內(nèi)端面。圓環(huán)與波紋管之間有一定的緊力，防止泵運(yùn)行時(shí)圓環(huán)產(chǎn)生振動(dòng)。兩半式圓環(huán)見(jiàn)圖2 所示。

（2）在兩半式圓環(huán)開(kāi)口的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)位置分別加工6個(gè)直徑7.8mm的盲孔，同側(cè)的6個(gè)孔均勻布置，以保證機(jī)械密封端面上彈簧比壓均勻。在另1 只圓環(huán)相對(duì)應(yīng)的位置加工出12個(gè)直徑7.8mm的盲孔，以保證彈簧豎直安裝。

（3）從專(zhuān)業(yè)廠家訂購(gòu)12個(gè)符合尺寸要求的耐低溫的彈簧。考慮到超低溫環(huán)境比較復(fù)雜，彈簧比壓理論計(jì)算偏差較大，如果彈簧安裝太多，勢(shì)必造成比壓過(guò)大，加劇動(dòng)靜環(huán)的磨損，縮短機(jī)械密封的使用壽命，于是試安裝8個(gè)彈簧。泵運(yùn)行1 周后，機(jī)械密封再次出現(xiàn)泄漏，解體檢查發(fā)現(xiàn)，動(dòng)環(huán)定距套長(zhǎng)度減短了2mm，表明靜環(huán)彈簧比壓過(guò)大，造成動(dòng)靜環(huán)之間摩擦力太大，致使動(dòng)環(huán)與軸沒(méi)有同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致動(dòng)環(huán)與定距套產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于動(dòng)環(huán)的硬度遠(yuǎn)高于定距套硬度，因此定距套出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。好在泵運(yùn)行時(shí)間短，機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)密封面未發(fā)生異常磨損和尺寸上的變化，機(jī)械密封再次組裝時(shí)只保留6個(gè)彈簧。改進(jìn)前的靜環(huán)見(jiàn)圖3，改進(jìn)后的靜環(huán)見(jiàn)圖4。

圖3 改造前的靜環(huán)

圖4 改造后的靜環(huán)

四、小結(jié)

泵回裝后，盤(pán)車(chē)輕松無(wú)卡澀。重新啟動(dòng)泵，運(yùn)行情況良好，振動(dòng)正常，各項(xiàng)工藝性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。6個(gè)多月來(lái)，泵雖然經(jīng)過(guò)數(shù)百次的啟停，運(yùn)行依然穩(wěn)定，機(jī)械密封密封效果良好，改造獲得成功。