淺析離心泵機(jī)械密封節(jié)能改造措施

彭宏達(dá)

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

離心泵因其具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于化工生產(chǎn)過程中，機(jī)械密封因具備使用壽命長(zhǎng)、摩擦功耗小等有限，已經(jīng)逐漸替代傳統(tǒng)填料密封成為離心泵中極為重要的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升離心泵的使用效果，對(duì)其機(jī)械密封進(jìn)行節(jié)能改造，降低離心泵故障的出現(xiàn)概率成為一項(xiàng)極為重要的工作。

1 離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)組成與工作原理

1.1 離心泵機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)組成

如圖1所示為離心泵的機(jī)械密封組成結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出，離心泵的機(jī)械密封主要是由密封端面、緩沖補(bǔ)償機(jī)制與輔助密封圈這三部分構(gòu)成，其中密封端面主要包括動(dòng)環(huán)與靜環(huán)；緩沖補(bǔ)償機(jī)制主要是彈性元件，包括圓柱彈簧、薄片彈簧與波紋管等部分；輔助密封圈則主要包括動(dòng)環(huán)密封圈與靜環(huán)密封圈，同時(shí)，對(duì)于集裝式密封，其輔助密封圈還包括壓蓋密封圈、軸套密封圈等部分。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 離心泵機(jī)械密封的工作原理

離心泵在應(yīng)用過程中往往會(huì)由于流體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生較大的液壓力，機(jī)械密封裝置是一種由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力與補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力作用下以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)狀態(tài)而構(gòu)成的一種避免液體出現(xiàn)泄漏問題的裝置。

2 對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造的意義

離心泵是工業(yè)生產(chǎn)過程中較常用的一種動(dòng)力機(jī)械裝置，被廣泛應(yīng)用于化工、原材料加工等領(lǐng)域中，盡管這種設(shè)備在應(yīng)用過程中具備可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于這一設(shè)備的主要工作環(huán)境較為復(fù)雜，很多離心泵常年工作在酸性或者堿性溶液中，使離心泵能夠保持在穩(wěn)定的工作狀態(tài)中成為一項(xiàng)極為重要的工作。在這種情況下，機(jī)械密封結(jié)構(gòu)應(yīng)能夠?qū)㈦x心泵與外界環(huán)境進(jìn)行隔離的結(jié)構(gòu)，具有減輕離心泵摩擦損耗、降低泄漏問題出現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為當(dāng)前保證離心泵正常工作的基礎(chǔ)。但需要注意的是，在離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)日常應(yīng)用的過程中，由于其中許多元件屬于常規(guī)易損零件，一旦這些零件在使用過程中失效，很大程度上會(huì)影響離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的使用效果，現(xiàn)階段，為避免機(jī)械密封結(jié)構(gòu)失效問題的出現(xiàn)，對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的失效原因進(jìn)行了解，并對(duì)進(jìn)行節(jié)能改造，已經(jīng)成為當(dāng)前提升離心泵的工作效率的關(guān)鍵。

3 對(duì)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)能改造的方法

在離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的應(yīng)用過程中，為保證機(jī)械密封結(jié)構(gòu)與離心泵之間的配合足夠好，降低氣蝕、抽空等問題出現(xiàn)概率的同時(shí)，對(duì)離心泵工作過程中產(chǎn)生的振動(dòng)、沖擊產(chǎn)生良好的緩沖效果，降低泄漏問題出現(xiàn)的可能性，本文以某化工企業(yè)用丙烯酸異辛酯酯裝置物料轉(zhuǎn)移運(yùn)輸中懸臂式單級(jí)離心泵的機(jī)械密封改造優(yōu)化情況為例，介紹了機(jī)械密封結(jié)構(gòu)節(jié)能改造的具體方法，以期進(jìn)一步提升機(jī)械密封的適應(yīng)能力，提升離心泵的工作效果。

3.1 離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)工作情況的介紹

在實(shí)際應(yīng)用過程中，單級(jí)、單吸懸臂式離心泵會(huì)在三相異步電機(jī)帶動(dòng)下，借助聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)連接運(yùn)轉(zhuǎn)，這種離心泵配備的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)為波紋管機(jī)械密封，并且為保證離心泵的工作穩(wěn)定性，離心泵機(jī)械密封配備了PLAN22+61沖洗方，機(jī)械密封沖洗液自泵出口引出，有可切換的雙聯(lián)過濾器和冷卻盤管換熱器，其中的冷卻水是由公用工程管網(wǎng)提供的。由于在離心泵工作過程中，丙烯酸酯生產(chǎn)傳輸?shù)谋┧岙愋刘ブ亟M分存在0.1Pa左右的壓力，此時(shí)，為保證機(jī)械密封能夠處于良好的工作狀態(tài)中，需要保證機(jī)械密封端面始終得到?jīng)_洗冷卻，為延長(zhǎng)機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的使用壽命，機(jī)械密封面的動(dòng)環(huán)采用耐腐蝕硬質(zhì)合金材料，波紋管采用耐腐蝕的哈氏合金材質(zhì)波片，密封環(huán)采用了耐高溫的柔性石墨環(huán)。在該結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用工程中，為進(jìn)一步延長(zhǎng)機(jī)械密封的使用壽命，相關(guān)工作人員采用對(duì)過濾網(wǎng)進(jìn)行一班一清洗，并且對(duì)冷卻水壓進(jìn)行定期檢測(cè)的方式，降低離心泵出現(xiàn)故障的概率，需要注意的是，盡管這種工作方式在一定程度上保證了離心泵工作的穩(wěn)定性，但由于離心泵與機(jī)械密封屬于生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵性設(shè)備，并且出現(xiàn)損毀的概率比較大，因此，這種檢修方式不僅大大增加了工作人員的工作量，還會(huì)提升生產(chǎn)過程中時(shí)間、人力、物力資源的消耗量，進(jìn)而提高生產(chǎn)成本。

3.2 離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)機(jī)械方面的優(yōu)化

現(xiàn)階段，為進(jìn)一步提升離心泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量，相關(guān)工作人員可以從機(jī)械方面對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，從而達(dá)到節(jié)約資源的目的。

3.2.1 將單端面機(jī)械密封改為雙端面機(jī)械密封

在離心泵機(jī)械密封工作過程中，由于沖洗液是含有一定量固體顆粒物，隨著工藝生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，顆粒物的含量會(huì)越來越高，因此在投入生產(chǎn)一段時(shí)間內(nèi)，機(jī)械密封沖洗過濾器的清洗頻次會(huì)越來越高，最終無法保障密封沖洗管線的暢通，且沖洗孔為直徑3mm的小孔，在后期極易發(fā)生堵塞，堵塞發(fā)生后只能停用運(yùn)行泵，并進(jìn)行工藝隔離排凈物料后使用高壓泵進(jìn)行疏通，疏通完成后延長(zhǎng)使用時(shí)間無法保證，只有通過拆泵卸解體機(jī)械密封進(jìn)行徹底清潔后才能保證較為可靠的延長(zhǎng)使用時(shí)間。頻繁的切泵及物料排放清洗作業(yè)大大加重了操作人員的工作負(fù)擔(dān)，拆解清理工作浪費(fèi)了大量的維修工時(shí)，雖然排放的物料可以通過再次進(jìn)料回收，但無疑加大了單位產(chǎn)品的能耗。即使不發(fā)生堵塞，波紋管內(nèi)外操均會(huì)沉積大量的焦炭物質(zhì)導(dǎo)致完全沒有彈性，喪失補(bǔ)償能力，關(guān)鍵問題是密封無法得到潔凈的沖洗液，導(dǎo)致密封失效，針對(duì)對(duì)此離心泵使用使用雙斷面的機(jī)械密封輔以PLAN53A的沖洗方案，使用300#液態(tài)石蠟作為隔離液，使用0.35MPa低壓氮?dú)庾鳛楹缥薜膲毫υ?，虹吸罐?nèi)部有循環(huán)冷卻水盤管，保證了密封端面摩擦產(chǎn)生的熱量及傳導(dǎo)熱量能及時(shí)帶走。

3.2.2 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

原離心泵在結(jié)構(gòu)式為單端面機(jī)械密封，且使用波紋管作為動(dòng)環(huán)補(bǔ)償單元，軸向距離大于普通多彈簧機(jī)械密封，在改為雙端面機(jī)械密封后，由于機(jī)械密腔軸向距離不足，導(dǎo)致改造工作一籌莫展。眾所周知，機(jī)械密封廠家一般采用模塊化設(shè)計(jì)，零部件盡可能通用，這樣能大大節(jié)約采購(gòu)和制造成本，密封的可靠性也能提高。如果因此原因單獨(dú)定制密封，結(jié)構(gòu)上需要重新設(shè)計(jì)并對(duì)該模塊，導(dǎo)致密封試制成本高昂，而且可靠性無法有效保證，對(duì)此只能通過減少密封相關(guān)零部件減少軸向尺寸，最終通過評(píng)估，取消了原離心泵軸頂套，好處是密封的軸向和徑向的空間都得到緩解，缺點(diǎn)是機(jī)械密封直接頂在泵軸上，用葉輪鎖死，軸向位置無法調(diào)整，對(duì)安裝提出更高的要求，必須測(cè)量密封的軸向安裝位置，才能保證密封的壓縮量正確，由于每臺(tái)泵的軸向距離不一致，有每臺(tái)泵需要配套三個(gè)不同厚度的壓蓋墊，安裝時(shí)切忌用錯(cuò)墊片。

3.2.3 密封圈材質(zhì)的優(yōu)化

在離心泵雙端面機(jī)械密封的使用過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生介質(zhì)側(cè)有密封液滴漏的情況，經(jīng)拆卸維修通過打壓發(fā)現(xiàn)該大氣端的靜環(huán)包氟密封圈處有泄漏，該位置的密封圈對(duì)耐腐蝕有一定要求，因?yàn)橛幸欢ǖ母怕矢g性介質(zhì)會(huì)反串到密封液內(nèi)，由于包氟材質(zhì)較硬隨使用時(shí)間和存儲(chǔ)時(shí)間回彈性降低，導(dǎo)致回彈性不足與靜環(huán)接觸面一旦在安裝和使用過程中發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)后密封圈易出現(xiàn)滲漏，同時(shí)，該介質(zhì)對(duì)常用的氟橡膠有很強(qiáng)的溶脹作用，針對(duì)該情況進(jìn)行調(diào)研后，將該密封圈材質(zhì)升級(jí)為高氟橡膠圈，該材質(zhì)具有較好耐高溫、耐腐蝕性能，在條件不是特別苛刻工況下可以替代進(jìn)口的全氟醚橡膠圈，而材料成本大大低于全氟醚橡膠圈。

3.3 機(jī)械密封優(yōu)化后的實(shí)務(wù)應(yīng)用測(cè)試結(jié)果

通過上述結(jié)構(gòu)改造優(yōu)化工作后，將優(yōu)化后的機(jī)械密封實(shí)務(wù)應(yīng)用于離心泵工作中，盡管機(jī)械密封的使用壽命得到了延長(zhǎng)，并且密封裝置并未出現(xiàn)明顯的故障，尤其是波紋管補(bǔ)償單元，內(nèi)部使用潔凈的液態(tài)石蠟，不再沉積結(jié)焦物，外部在泵旋轉(zhuǎn)離心力的作用下實(shí)現(xiàn)自清潔功能，效果大大好于預(yù)期，長(zhǎng)時(shí)間使用后簡(jiǎn)單對(duì)波紋管外表清洗后也能繼續(xù)使用很長(zhǎng)時(shí)間。但在使用過程中，這種優(yōu)化后的機(jī)械密封裝置仍存在一定的缺點(diǎn)。具體來說，在安裝過程中，這種機(jī)械密封必須嚴(yán)格控制雙面密封的壓縮量的精確性，但由于在測(cè)量過程中會(huì)對(duì)測(cè)量精確性造成影響的因素比較多，因此，在實(shí)際應(yīng)用過程中，這一裝置對(duì)安裝人員的專業(yè)素養(yǎng)要求較高。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，盡管該機(jī)械密封頂套和葉輪之間使用聚四氟乙烯密封環(huán)具備較強(qiáng)的抗腐蝕能力，但在實(shí)際應(yīng)用過程中，這一部件的損壞可能性仍比較大。面對(duì)上述問題，相關(guān)工作人員可以將每臺(tái)泵的軸向的安裝尺寸進(jìn)行測(cè)量，并在密封安裝包裝中包含所需要厚度的調(diào)整墊片并做好標(biāo)識(shí)工作，降低安裝難度。頂套與葉輪間的密封圈在后續(xù)亦可以升級(jí)為全氟醚材質(zhì)密封圈，在降低其損壞的可能性的同時(shí)，提升機(jī)械密封效果。

4 結(jié)語

總而言之，滲漏問題是當(dāng)前石化生產(chǎn)過程中離心泵較常見的一種問題，這種問題的出現(xiàn)不僅會(huì)造成資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)周邊工作人員以及設(shè)備的安全造成威脅，現(xiàn)階段，對(duì)離心泵機(jī)械密封進(jìn)行節(jié)能改造已經(jīng)成為提升離心泵工作效率、降低機(jī)械密封能耗、避免因離心泵介質(zhì)泄漏出現(xiàn)資源浪費(fèi)以及造成環(huán)境污染的關(guān)鍵點(diǎn)之一。