氟塑料離心酸泵機械密封失效的修復(fù)

梁 玲 賓士華

(1.廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 河池 547000； 2.廣西梧州華錫冶煉有限公司， 廣西 梧州 543000)

0 前言

鉛電解旨在獲得高純度的工業(yè)用鉛，并回收伴生的鉍和稀貴金屬。鉛電解過程中，電解液循環(huán)能夠使電解槽內(nèi)電解液成分保持均勻，克服濃差極化，國內(nèi)外普遍采用上進下出單極循環(huán)方式。其中電解高位槽、電解槽和電解集液槽之間電解液循環(huán)流動離不開電解液循環(huán)泵，因其能夠抗硅氟酸和氫氟酸，俗稱酸泵。酸泵是鉛電解工序生產(chǎn)中十分重要的設(shè)備之一，而機械密封失效是其維修頻繁的主要原因，導(dǎo)致電解液泄漏，浪費原材料，增加設(shè)備維護維修成本及影響生產(chǎn)進度等。本文以某冶煉公司鉛電解工序中氟塑料離心酸泵為例，對氟塑料酸泵機械密封失效后進行改造修復(fù)，取得了較好效果，解決了生產(chǎn)中設(shè)備運行難題，可在行業(yè)內(nèi)借鑒。

1 氟塑料酸泵機械密封結(jié)構(gòu)及密封原理

1.1 氟塑料酸泵結(jié)構(gòu)

某冶煉公司鉛電解工序中采用的氟塑料離心酸泵型號為80FSB- 30，按國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，由電機、底座、防護罩、支架、聯(lián)軸器、軸承、泵軸、機械密封和泵體等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本參數(shù)見表1。泵體采用金屬外殼內(nèi)襯聚全氟乙丙烯(F46)， 泵蓋、葉輪和軸套均用金屬嵌件外包氟塑料整體燒結(jié)壓制成型，軸封采用外裝式聚四氟乙烯波紋管機械密封[1]。適用于輸送任何濃度的硫酸、鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸、王水、強堿、強氧化劑、有機溶劑、還原劑等苛刻條件的強腐蝕性介質(zhì)，是目前世界上最強耐腐蝕裝備之一[2-3]。

圖1 氟塑料離心泵的組成結(jié)構(gòu)

流量/m3·h-1揚程/m入口直徑/mm出口直徑/mm電機2極功率/kW503080653

1.2 機械密封工作原理

氟塑料離心泵采用外裝式聚四氟乙烯波紋管機械密封，具有良好的浮動性和隨機補償性，由動環(huán)、靜環(huán)、聚四氟乙烯波紋管彈力補償機構(gòu)等組成，如圖2所示。靜環(huán)由靜環(huán)壓蓋固定在泵體泵蓋上，一般選用石墨或聚四氟乙烯材質(zhì)；動環(huán)由聚四氟乙烯波紋管等彈性元件壓緊在靜環(huán)的接觸面，采用不銹鋼或更硬的材質(zhì)，如碳化鎢或碳化硅，耐腐耐磨。該密封結(jié)構(gòu)為單端面機械密封，即旋轉(zhuǎn)軸動密封，當(dāng)電機帶動泵軸旋轉(zhuǎn)時，同時帶動了聚四氟乙烯波紋管補償機構(gòu)和動環(huán)運動，由于彈力的作用使動環(huán)緊緊地壓在靜環(huán)上，而靜環(huán)則靜止固定在端蓋上，滑動的端面在液體壓力及聚四氟乙烯波紋管補償機構(gòu)彈力作用下保持貼合，并與動環(huán)與靜環(huán)接觸的環(huán)形密封面同時阻止了電解液的泄漏。

1—靜環(huán)座；2—動環(huán)輔助密封圈；3—靜環(huán)輔助密封圈；4—防轉(zhuǎn)銷；5—靜環(huán)；6—動環(huán)；7—彈簧；8—彈簧座；9—緊定螺釘圖2 聚四氟乙烯波紋管機械密封結(jié)構(gòu)

2 氟塑料離心泵機械密封失效分析及修復(fù)

2.1 機械密封失效分析

氟塑料離心酸泵泄漏是該類泵主要維修故障之一，而聚四氟乙烯波紋管機械密封泄漏是最主要的原因，主要泄漏點包括靜環(huán)與軸處的四處靜密封點(靜環(huán)與靜環(huán)壓蓋間的密封、密封端蓋與泵體的密封、軸套和軸之間的密封、動環(huán)與軸之間的密封)[4-5]和動環(huán)與靜環(huán)的端面彼此貼合作相對滑動的動密封。其中動密封是機械密封裝置中的主密封和決定機械密封性能和壽命的關(guān)鍵[6-7]。某冶煉公司鉛電解工序中共有8臺酸泵，其中2臺備用。2015年以前每臺泵平均每1.5月維修及更換機械密封一次，但之后由于泄漏的原因維修更換的次數(shù)頻繁增加，2015年1月維修更換5臺酸泵機械密封達18次。其中因機械密封漏液而更換的維修次數(shù)就占90%。工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場機械密封失效情況進行測試觀察，結(jié)果如下：

1) 停機靜壓時，泄漏量較小，呈滴狀延動環(huán)、靜環(huán)摩擦副間滴下。靜環(huán)和軸處的四處靜密封點無明顯泄漏噴射；當(dāng)用手動盤車觀察，動、靜環(huán)摩擦副間泄漏量有明顯變化，而四處靜密封點仍無明顯泄漏噴射，初步斷定是動、靜環(huán)摩擦副存在問題。

2)開機運轉(zhuǎn)時，動、靜環(huán)摩擦副間泄漏量有明顯變化，出現(xiàn)噴狀泄漏，而四處靜密封點仍無明顯泄漏噴射，初步判定為動、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。

3)當(dāng)維修人員拆開機械密封后發(fā)現(xiàn)動、靜環(huán)接觸表面有明顯凹凸劃痕，有些動環(huán)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

根據(jù)以上現(xiàn)象結(jié)合實際生產(chǎn)情況，某冶煉公司氟塑料離心酸泵機械密封失效的主要原因如下：2015年之前，因陽極板成分較穩(wěn)定，電解液的雜質(zhì)較少，隨著生產(chǎn)原料越來越復(fù)雜，造成電解液的雜質(zhì)較多，因此陽極泥等較硬細(xì)小顆粒雜質(zhì)進入動、靜環(huán)工作的接觸面，造成接觸表面有凹凸劃痕，引起泄漏；其次，維修工人安裝質(zhì)量不合格，導(dǎo)致動、靜環(huán)接觸不平衡引起泄漏。

2.2 機械密封失效修復(fù)

上述氟塑料離心酸泵機械密封失效的兩個主要原因影響了酸泵的使用壽命，大大增加維修次數(shù)，其中前者占98%以上。某冶煉公司采取了相應(yīng)的措施進行機械密封失效修復(fù)。

2.2.1 動環(huán)與靜環(huán)的修復(fù)

動環(huán)與靜環(huán)的修復(fù)，根據(jù)損壞的動、靜環(huán)，自行設(shè)計并制作。由于動、靜環(huán)端面彼此貼合作相對滑動的動密封，對動、靜環(huán)密對端面的加工要求很高。因此，在設(shè)計和安裝機械密封時，從以下方面進行改進：

1)要保證端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?，壓力過大，不易形成穩(wěn)定的潤滑液膜，會加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加[8-9]。

2)動、靜環(huán)的材料的選擇。根據(jù)統(tǒng)計, 動、靜環(huán)的泄漏大約有80%～95%是由于端面摩擦副造成的。因此除了要保持密封面平行之外，用較硬的材料來制作動環(huán)，使其在較軟的靜環(huán)面上旋轉(zhuǎn)摩擦?，F(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)面動環(huán)更多選用不銹鋼或更硬的材料制作,例加碳化鎢或碳化硅; 靜環(huán)面則選用石墨或者聚四氟乙烯。80FSB- 30氟塑料離心酸泵的機械密封的動、靜環(huán)原材質(zhì)為搪瓷，脆性大，設(shè)計改為耐酸材質(zhì)9CrSi和3Cr13，并調(diào)質(zhì)處理。結(jié)合實際尺寸設(shè)計如圖3、圖4所示：

圖3 自行設(shè)計的9CrSi材質(zhì)機械密封動環(huán)(單位：mm)

圖4 自行設(shè)計的3Cr13材質(zhì)機械密封靜環(huán)(單位：mm)

以往當(dāng)機械密封的動、靜環(huán)磨損失效后，維修工人都是更換整套裝置，就市場價來說每套約1 000元，成本比較高。通過技術(shù)人員自行設(shè)計加工機械密封的動、靜環(huán)，磨損失效后只更換其中這兩部分，大大節(jié)約維修成本。

2.2.2 過濾電解液雜質(zhì)

沖洗干凈管道和儲液罐，并在酸泵進口前加兩層孔徑1 mm的不銹鋼篩網(wǎng)，有效過濾電解液雜質(zhì)，嚴(yán)防固體顆粒進入密封端面，使密封失效。

2.2.3 保證安裝質(zhì)量

保證機械密封裝置的安裝質(zhì)量需要加強維修工人安裝技能培訓(xùn)，減少安裝誤差，注意事項如下:

1) 動、靜環(huán)端面相互平行，端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?，動、靜環(huán)與相配的元件間，不得發(fā)生連續(xù)的相對轉(zhuǎn)動，不得有泄漏。

2)必須使動、靜環(huán)具有一定的浮動性，以便在運轉(zhuǎn)過程中能適應(yīng)影響動、靜環(huán)端面接觸的各種偏差[10]，這是保證密封性能的重要條件。浮動性取決于密封圈的準(zhǔn)確裝配、與密封圈接觸的主軸或軸套的光潔度、動環(huán)與軸的徑向間隙以及動、靜環(huán)接觸面上摩裝力的大小等，而且還要求有足夠的彈簧力。

3)要使主軸的軸向竄動、徑向跳動和壓蓋與主軸的不垂直度在規(guī)定范圍內(nèi)，否則將導(dǎo)致泄漏。

4)在裝配過程中應(yīng)保持清潔，特別是主軸裝置密封的部位不得有銹蝕，動、靜環(huán)端面及密封圈表面應(yīng)無任何異物或灰塵，在動、靜環(huán)端面上可涂一層清潔的潤滑油。

5)在裝配過程中，不允許用工具直接敲擊密封元件。

3 結(jié)束語

通過對鉛電解酸泵進行機械密封失效修復(fù)，有效地減少了酸泵的維修次數(shù)，解決了電解液泄漏的問題，減輕了工人維修強度。2015年1月改造前，維修更換5臺酸泵機械密封達18次成本約1.5萬元；2015年2月改造后，酸泵維修次數(shù)大大降低，3月僅更換機械密封動靜環(huán)10次成本僅2 000元，同時減少人工維修費用、電解液泄漏材料費用等約3 000元，節(jié)約維修等成本約1.6萬元/月，達到所預(yù)定的設(shè)計目標(biāo)值。機械密封失效修復(fù)在解決電解液泄漏問題的同時，對改善現(xiàn)場環(huán)境和提高產(chǎn)品質(zhì)量等起到了積極作用，值得在行業(yè)中推廣。