摘要：通過對乙烯裝置堿液循環(huán)泵機(jī)械密封頻繁失效的原因進(jìn)行分析，改進(jìn)了密封結(jié)構(gòu)和摩擦副材料,，取得了良好的密封效果和經(jīng)濟(jì)效益,。
乙烯裝置壓縮系統(tǒng)濃堿液循環(huán)泵是堿洗塔的塔底循環(huán)泵，它將經(jīng)裂解氣堿洗過的堿液輸送到塔頂,，使堿液循環(huán)使用,。該泵在實(shí)際運(yùn)行中，頻繁發(fā)生泄漏,，機(jī)械密封在安裝運(yùn)行一周左右開始微漏,，1～2個月內(nèi)泄漏量增大，無法繼續(xù)使用,。嚴(yán)重影響了裝置的環(huán)保達(dá)標(biāo)和長期穩(wěn)定運(yùn)行,。
1基本情況：
該泵為單吸懸臂臥式離心泵，主要技術(shù)參數(shù)如下表：
介質(zhì)成份含膠狀,、顆粒雜質(zhì)的20%NaOH液體
介質(zhì)溫度45℃
介質(zhì)粘度1070CP
流量30m3/h
揚(yáng)程18m
吸入壓力1.078MPa
排出壓力1.272MPa
軸功率2.7KW
電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)2950r/m
將失效后的克蘭機(jī)械密封解體，其損壞情況如下：
(1)動環(huán)和動環(huán)座,、軸套間的間隙被阻塞
(2)動環(huán)和靜環(huán)有環(huán)狀磨損痕跡
(3)密封腔內(nèi)有焦?fàn)罹酆衔�,、顆粒等雜質(zhì)和結(jié)晶物
(4)彈簧銹蝕嚴(yán)重，被雜質(zhì)和結(jié)晶物卡澀,，彈性不足
2失效分析：
一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效,、材料與介質(zhì)不相容，以及制造和安裝問題等,。端面比壓是機(jī)械密封的重要性能參數(shù),，端面比壓要在設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi)(內(nèi)裝式機(jī)械密封一般為0.2 MPa～0.4 MPa),以保證機(jī)械密封端面良好配合，使密封面間形成有效液膜,。
Fb(端面受力)= Ft(彈簧力)+Fp(介質(zhì)作用壓力)-Fm(液膜作用壓力),端面比壓的計(jì)算公式為：
Pb＝Pt＋Pp-Pm
Pb＝Pt＋(K-λ)P
其中: d2＝50mm d1＝32mm d2＝38mm
彈簧比壓Pt＝Ft(彈簧力)／［π／4(d22-d02)］＝0.3MPa(廠家設(shè)計(jì)值)
載荷系數(shù)K＝(d22-d02)／(d22-d12)＝0.715
膜壓系數(shù)λ=0.742
介質(zhì)壓力P＝0.45 MPa
可以計(jì)算出原8B1-P型機(jī)械密封端面比壓Pb為0.28 MPa,是符合設(shè)計(jì)規(guī)范的,在正常工作條件下是能夠滿足生產(chǎn)要求的,。這和實(shí)際情況相吻合,在使用初期機(jī)械密封并不泄漏,那導(dǎo)致其失效的原因又是什么呢?這就必須從機(jī)械密封的工作環(huán)境入手,進(jìn)行綜合分析。
由于該泵處于堿洗塔底部，管道和設(shè)備的銹蝕物以及裂解氣中的雜質(zhì)和重組份聚合物都沉積在塔底,，同時(shí)塔內(nèi)NaOH與H2S和CO2組分發(fā)生反應(yīng),，生成的Na2S、Na2CO3會產(chǎn)生結(jié)晶物,。泵入口濾網(wǎng)原為40目,，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常堵塞，使泵抽空,，我們把濾網(wǎng)改為20目,基本解決了入口堵塞問題,這同時(shí)也造成進(jìn)入泵體內(nèi)的堿液含有大量的雜質(zhì)和結(jié)晶物,，由于采用自身沖洗方式，這些雜質(zhì)和結(jié)晶物不可避免地沉積于密封腔內(nèi),。使動環(huán)和動環(huán)座,、軸套間的間隙被阻塞，導(dǎo)致動環(huán)在軸向的動作不靈活甚至被卡死,，彈簧被腐蝕卡澀,，彈性不足，不能提供原設(shè)計(jì)0.28 MPa的端面比壓,，導(dǎo)致密封面不能良好地貼和,液膜平衡被破壞,這時(shí)密封就會出現(xiàn)微漏,，隨著結(jié)晶物和雜質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦副端面，密封面逐漸被磨損,，再加上動環(huán)軸向補(bǔ)償不靈,，造成密封泄漏量增加，最終導(dǎo)致密封徹底失效,。
3改進(jìn)措施
根據(jù)密封的失效原因,，我們有針對性地從以下幾個方面進(jìn)行了技術(shù)改造：
(1)改變密封結(jié)構(gòu)形式
由于介質(zhì)是含有雜質(zhì)的堿液，從密封結(jié)構(gòu)上來看采用靜環(huán)補(bǔ)償比原設(shè)計(jì)的動環(huán)補(bǔ)償更為適合,。根據(jù)該泵的具體工況條件,，我們選用了艾格3055型卡式單端面機(jī)械密封(集裝式)，其主要特點(diǎn)如下:
l 通過自動鎖緊環(huán)實(shí)現(xiàn)精確定心,。
l 可調(diào)節(jié)式壓蓋可直接配合常用螺栓使用,集裝式結(jié)構(gòu)安裝方便,。
l 靜環(huán)和軸套的間隙不在介質(zhì)側(cè)，保證了靜環(huán)軸向補(bǔ)償?shù)撵`活性,。
l 彈簧位于輔助密封圈外側(cè),，與介質(zhì)完全隔開，避免了彈簧的腐蝕和卡澀,。
(2)改變摩擦副材質(zhì),，去除密封沖洗
卡式密封動環(huán)和靜環(huán)材料均采用碳化鎢，碳化鎢具有極高的強(qiáng)度和硬度,，良好的耐磨性和抗腐蝕性,，這就使雜質(zhì)和結(jié)晶物難以對其造成損壞，同時(shí)碳化鎢摩擦副具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性,，線性膨脹系數(shù)很小,，使其能夠在較高的溫度下保持良好的密封性。輔助密封環(huán)材質(zhì)我們選用氟橡膠FPM2461,，它耐腐蝕,、彈性好，最高工作溫度為250℃,。
由于堿液中含有雜質(zhì)和結(jié)晶物,原機(jī)封采用的自身反沖洗形式難以達(dá)到預(yù)期的目的,生產(chǎn)現(xiàn)場又無適合作沖洗液的其它介質(zhì),。有上述條件作保證，再加上介質(zhì)工作溫度不高(45℃),，3055型卡式機(jī)械密封在去除自沖洗的條件下,，完全可以正常運(yùn)行，這既能降低沖洗帶來的能耗,、物耗損失,，又能簡化機(jī)械密封的日常維護(hù)。
E-GA203兩臺泵自2001年1月開始使用卡式集裝式機(jī)械密封,，從現(xiàn)場情況來看密封效果非常好,，運(yùn)行至今仍沒有任何泄漏跡象，使用壽命達(dá)到了2年以上,。原8B1-P機(jī)封每套價(jià)格為960元,，兩年內(nèi)僅機(jī)封備件費(fèi)就節(jié)約1萬余元，原設(shè)計(jì)E-GA203泵沖洗水流量為6L/min,，通過去除沖洗水每年節(jié)約循環(huán)水3000余噸,經(jīng)濟(jì)效益是顯而易見的,。
4結(jié)束語
通過對堿泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的合理選型，結(jié)合選用合適的摩擦副,、輔助O型圈材質(zhì),，提高了機(jī)械密封的使用性能，使之在去除密封沖洗的條件下,，仍能穩(wěn)定工作,。降低了設(shè)備維護(hù)和維修費(fèi)用，保證了裝置的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn),。
