貧胺液泵機(jī)械密封失效分析及改進(jìn)

王 軻

（中石化股份天津分公司，天津 300270）

引 言

天津石化1＃加氫裂化裝置的P301泵于2008年投入使用，泵型號(hào)為TD80-145×12，輸送流體為貧胺液（水、H2S、MDEA），泵入口壓力0.19MPa、泵出口壓力14.4MPa，轉(zhuǎn)數(shù)為2 950r/min，功率為630kW。沖洗方案PLAN11，沖洗由第2級(jí)葉輪室引出，經(jīng)節(jié)流孔板進(jìn)入密封腔。機(jī)械密封的平均使用壽命不超過(guò)2個(gè)月，平均每年要維修6次以上，始終沒(méi)有找到問(wèn)題的根結(jié)所在，維修方面也只能是通過(guò)每次更換機(jī)械密封來(lái)解決，既不能徹底解決問(wèn)題，又不能保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也浪費(fèi)了大量的人力物力。由于泵體結(jié)構(gòu)很復(fù)雜、軸徑較大，所以維修用時(shí)比較長(zhǎng)，正常情況下5個(gè)～7個(gè)工人一個(gè)工作日還修不完。從全年統(tǒng)計(jì)看，P301維修工時(shí)是其他泵位的14倍左右。按1年維修6次計(jì)算，每次更換2套機(jī)械密封（該泵是雙支撐泵），1年下來(lái)就需要12套機(jī)械密封，是一項(xiàng)較高的費(fèi)用。該泵屬于大型多級(jí)泵，維修難度大，同時(shí)頻繁的維修會(huì)帶來(lái)不安全隱患。例如，串量大時(shí)會(huì)產(chǎn)生抱軸的現(xiàn)象，大大增加維修難度及維修時(shí)間。如果期間另一臺(tái)泵也出現(xiàn)問(wèn)題，那將造成不可估量的損失。所以，P301泵機(jī)械密封的改造勢(shì)在必行。

1 機(jī)械密封簡(jiǎn)介與分析［1-2］

P301泵隨機(jī)帶的密封是單彈簧旋轉(zhuǎn)式，機(jī)械密封在靜壓實(shí)驗(yàn)良好，運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始后就存在滴漏問(wèn)題，大概每分鐘4滴～6滴，而且泄漏量會(huì)逐漸增大，最后形成淌流現(xiàn)象。從更換下來(lái)的機(jī)械密封觀察，發(fā)現(xiàn)密封端面磨損嚴(yán)重，同時(shí)密封圈也有溶脹現(xiàn)象。機(jī)械密封如圖1所示。

圖1 改造前機(jī)械密封

該密封是單彈簧旋轉(zhuǎn)式非平衡型機(jī)械密封。從密封結(jié)構(gòu)上分析如下：

1）單彈簧機(jī)械密封傳動(dòng)力矩不平衡，一般不適用于大于80mm的軸徑。主要是因?yàn)檩S徑大于80mm后，線速度較大，會(huì)影響機(jī)械密封的使用性能。

2）非平衡型機(jī)械密封（指密封流體作用面積大于密封端面的面積）端面上的作用力隨密封流體壓力升高而增大，所以非平衡型機(jī)械密封只適用于低壓的情況，且使用壓力不能超過(guò)1.5MPa。通過(guò)公式（1）可以計(jì)算出P301泵密封腔的壓力，即機(jī)械密封的工作壓力。

式中：P為密封腔壓力，MPa；P出為泵的出口壓力，MPa；Pλ為泵的入口壓力，MPa。

從計(jì)算結(jié)果上看，該機(jī)械密封的工作壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非平衡型機(jī)械密封的設(shè)計(jì)使用壓力。所以，該泵機(jī)械密封的選型就存在問(wèn)題。

3）密封端面結(jié)構(gòu)一般可以分為整體結(jié)構(gòu)和鑲嵌結(jié)構(gòu)2種。從設(shè)計(jì)上來(lái)說(shuō)，應(yīng)優(yōu)先選用整體式結(jié)構(gòu)，以防止鑲嵌結(jié)構(gòu)的應(yīng)力引起密封端面變形，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

4）大軸徑（75mm以上軸徑）機(jī)械密封，通常情況下優(yōu)先選用彈性元件靜止式結(jié)構(gòu)。

5）貧胺液是一種混合溶劑，對(duì)橡膠制品有一定溶脹型，所以不能采用橡膠類密封圈。

通過(guò)上述分析，該機(jī)械密封從選型以及選材方面都是不合理的，不適用于這種工況條件，所以才會(huì)存在機(jī)械密封使用壽命短、頻繁維修等問(wèn)題。

2 改造方案

通過(guò)與密封生產(chǎn)廠家技術(shù)人員多次溝通，最終確定對(duì)該泵位機(jī)械密封升級(jí)的改造方案。如圖2所示。

圖2 改造后機(jī)械密封

1）將原機(jī)械密封的單彈簧旋轉(zhuǎn)型結(jié)構(gòu)改為多彈簧型，以確保均衡的傳遞力矩，使機(jī)械密封端面具有良好的追隨性，保證密封端面在工作時(shí)緊密貼合。

2）將原機(jī)械密封單彈簧結(jié)構(gòu)改為多彈簧。這樣，彈簧力可以均勻分布在圓周上的各個(gè)點(diǎn)，確保密封端面受力均勻性。

3）將原機(jī)械密封動(dòng)環(huán)鑲嵌結(jié)構(gòu)改為整體式結(jié)構(gòu)，以消除鑲嵌式結(jié)構(gòu)密封端面的受力變形與熱應(yīng)力變形，避免因密封端面變形造成機(jī)械密封的泄漏。

4）改變輔助密封圈的材質(zhì)，采用聚四氟乙烯密封圈。

5）動(dòng)環(huán)傳動(dòng)方式采用凸耳式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，避免在高壓工況條件下因啟動(dòng)瞬間力矩過(guò)大而導(dǎo)致的石墨靜環(huán)出現(xiàn)的碎裂問(wèn)題。

6）將原非平衡型機(jī)械密封改為平衡型，并選擇了合理的平衡系數(shù)，確保其工作的穩(wěn)定性。

7）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇合理的彈簧比壓及端面比壓，確保整套機(jī)械密封的穩(wěn)定性與使用壽命。

3 結(jié)論

P301泵機(jī)械密封經(jīng)過(guò)2009年升級(jí)改進(jìn)后運(yùn)行一直比較平穩(wěn)，平均使用壽命在15個(gè)月～18個(gè)月，合計(jì)達(dá)到15 000h，從根本上解決了原機(jī)械密封使用壽命短、維修頻繁的問(wèn)題。

1）機(jī)械密封結(jié)構(gòu)調(diào)整后，大大延長(zhǎng)了機(jī)械密封的使用壽命，很大程度上節(jié)省了采購(gòu)成本，而且維修的頻率也由以前每年維修4次變?yōu)楝F(xiàn)在的1.5年左右維修1次，大幅度降低了設(shè)備的維護(hù)成本。

2）機(jī)械密封升級(jí)后，很大程度上提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，消除了該泵位長(zhǎng)期存在的隱患。

［1］ 顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］ 王汝美.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問(wèn)答［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2006.