机械密封、泄漏、改造

机械密封、泄漏、改造（精选八篇）

机械密封、泄漏、改造 篇1

关键词：高速泵,机械密封,泄漏,改造

一、概述

全密度聚乙烯装置共有立式高速泵八台, 均作为反应器原料注入的动力来源, 在聚乙烯生产中发挥着重要的作用, 自2006年10月装置投入生产以来, 八台高速泵中常用的六台均不同程度地因机械密封的泄漏导致频繁切换备机, 更换机械密封。

全密度聚乙烯装置八台高速泵均采用美国Sundyne公司的LMV-322型立式高速泵。由电机、增速器、泵体、强制润滑系统、密封液循环系统等组成, 增速器采用二级齿轮增速。整台泵有三处采用机械密封, 其中增速器的下部密封为单级机械密封, 泵体部分的轴封为两套串联的机械密封, 两套机械密封之间的密封腔充满密封油, 在密封液补给循环系统内 (包括一个密封油罐) 进行循环, 对机械密封进行润滑、冷却。这三套机械密封都由如下部件组成:动环、静环、推环、弹簧、弹簧座、辅助密封圈、卡环等。辅助密封圈有O形橡胶圈和PTFE楔形环, 静环材料都为石墨 (M106K) 。

二、机械密封泄漏分析

泵用机械密封泄漏点主要有五处: (1) 轴套与轴间的密封; (2) 动环与轴套间的密封; (3) 动、静环间密封; (4) 对静环与静环座间的密封; (5) 密封端盖与泵体间的密封。

1. 高速泵机械密封泄漏方式

LMV-322型立式高速泵增速器与泵体之间有一空腔, 泄漏的润滑油和密封油都积聚在这里, 经排油孔引至泵体外的油杯中。全密度聚乙烯装置高速泵自投用以后, 油杯中的漏油量就远超过机械密封的正常泄漏量。在运转一个月左右时, 机械密封的密封油向外泄漏, 开始有介质窜至密封腔进入密封油罐和油杯中, 最后介质大量泄漏, 导致密封油罐压力过高。解体检查, 发现处于泵体两套串联机械密封间的轴套已严重磨损 (图1) , 该轴套正常运行时与机械密封动环同步随轴转动, 无相对运动, 二者之间靠O形圈形成静密封。根据轴套和动环的磨损情况, 判断二级动环与轴套间发生了相对运动。

2. 高速泵机械密封泄漏的理论分析

根据机械密封的平衡条件, 施加于整个密封面上的全部载荷必须等于密封面上产生的总承载能力。密封面上出现的总承载能力就是流体模承载能力与微凸体机械接触承载能力之和。根据高速泵轴套的磨损情况及计算可判断, 该泵使用过程中密封面载荷大于密封面的总承载能力, 而根据机械密封动环与静环接触面良好的使用情况判断, 流体模承载能力处于正常范围内。承载能力过大, 最终导致动环与轴套产生机械接触而损坏。

三、密封改造

通过上述分析, 结合装配和使用过程中的实际情况, 降低高速泵泵体第二级机械密封面的载荷是消除高速泵机械密封泄漏的关键因素。要降低高速泵第二级机械密封面的载荷, 就必须增加磨损轴套的装配间隙 (图2) , 增加轴套的装配间隙可有三种方式。

1. 叶轮螺栓调整法

由高速轴机械密封的装配关系可知, 泵体两套串联的机械密封最终装配尺寸是由叶轮螺栓确定的, 因此理论上可通过调整该螺栓来实现降低机械密封面的载荷, 但由于高速泵高速轴一旦安装完成, 其轴向装配间隙也就基本固定, 因此为保证叶轮与泵体之间的装配间隙和叶轮的可靠固定, 通过调整叶轮螺栓的方法来降低机械密封面的载荷是不可行的。

2. 垫片调整法

在机械密封装配过程中, 可在泵体机械密封的第二级密封的下部安装适当厚度的垫片, 以降低第二级机械密封的密封比压力, 进而降低第二级动环与轴套的接触力, 以实现降低机械密封面的载荷的目的, 通过此方法调节简单可行, 改造方便, 但存在一定的弊端。若机械密封安装过程中螺栓预紧力不均匀, 可能导致机械密封静环与动环的垂直度不够, 引起新的泄漏点。

3. 轴套自身调整法

机械密封、泄漏、改造 篇2

[关键词] 水泵 机械密封 泄漏 原因 措施

1.前言

水泵机械密封是一种要求较高的精密部件,对装配质量有很高的要求。对清水泵而言，因机械密封渗漏造成的检修比例占全部维修泵的一半以上, 机械密封的运行好坏直接影响到水泵的正常运行。供水所用的运行水泵全部是单级双吸离心泵，大多采用机械密封，在日常运行检修中，由于动、静环磨擦面的泄漏达到机械密封泄漏的70%以上。解决好机械密封泄漏问题，是保障水泵长周期运行的重点。

下面以运行水泵SS300-58A为例，试分析泄漏形成原因及处理方法：

从上表可以看出：运行水泵在结构上属于卧式单级双吸离心泵，转子两端采用单向心滚珠轴承，二硫化钼润滑脂润滑，主轴采用机械密封（设计使用寿命8000小时），清水介质，该设备运行状况较好，但检修周期不稳定，机封有时达不到使用寿命就开始泄漏，有时可超过使用寿命，平均一般6000小时左右就出现泄漏。

2.水泵机械密封的原理、结构及其泄漏造成的影响

2.1水泵机械密封结构及原理介绍

水泵SS300-58A机械密封结构如图所示。水泵机械密封由动环体和静环体组成，动环体为与主轴同心旋转体，固定在主轴上，与主轴之间采用弹性橡胶圈密封；静环体固定在泵座上，与泵填料盒和固定压盖采用密封垫密封；动环体随主轴高速旋转，之间的旋转摩擦密封面即为机械密封的主密封面，动环上旋转密封圈采用硬质耐磨合金，机械强度和刚性较高，静环体上的密封环采用石墨耐磨材料，但材质较脆，强度较差。

2.2机械密封泄漏情况

该泵机械密封如图所示，从上图可以看出，其中有4个泄漏通路需要密封：

（1） 动、静环密封面之间的通路；

（2） 动环体与主轴之间的通路；

（3） 静环体与压盖之间的通路；

（4） 压盖与填料盒之间的通路。

后三条通道密封零件相对是静止的，只要保证密封材料不老化损坏，紧固螺栓不松动，密封是比较可靠的，只有动、静环摩擦面由于主轴的高速旋转，必须要保证间隙调整合适，能够形成有效的密封液膜，才不会造成泄漏，同时弹簧压缩力要调整适度，主轴运转的轴向窜动、上下振动不能超标，才能保证稳定的摩擦状态，运行周期才能延长，旋转密封的泄漏是主要要解决的故障。

2.3机械密封泄漏引起的不良后果

机械密封的四条密封通道，不管哪个出现问题，都会从主轴与填料室端口发生渗漏或泄漏，引起如下不良后果：

（1）发生泄漏后，主轴甩水，容易造成主轴和泵壳锈蚀，严重影响设备使用寿命；

（2）造成水量流失，水泵效率降低，消耗增加；

（3）一旦发生泄漏，且短时间内摩合不好，说明机械密封状况恶化，设备必须检修，影响长周期稳定运行，修理费用升高；

（4）泄漏不利于设备保养和现场管理。

3.影响机械密封的原因分析及处理

3.1装配质量的影响

检修中对机械密封的装配质量要求很高，装配不好就会造成机械密封运行中磨合不好，密封不好。

3.1.1弹簧压缩量的调整很关键

并不是压缩量越大密封效果越好，压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，过度的压缩反而使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

3.1.2动静环密封圈的安装调整要适度

动环密封圈调整不能过紧，如果太紧，一是加剧密封圈与轴套间磨损，过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动阻力，在工况变化频繁时无法适时调整；三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。静环密封圈安装要牢靠, 但不宜过紧，一般静环材料虽然耐磨，但普遍较脆，过度受力易碎裂，安装拆卸时也容易造成损坏。

3.1.3叶轮锁母的调节对轴间密封有影响

一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫失效、偏移、轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面破坏，轴上各部件有间隙，轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。锁母过紧只会导致轴间垫过早失效，如果调整在正常范围，保持一定压缩弹性，在运转中锁母会自动适时锁紧，使轴间密封始终处于良好密封状态。

3.2电机找正的影响

水泵每次检修后，电机的找正对机械密封也有很大影响，电机与水泵的同轴度越高，则水泵运行中的径向跳动越小，如果找中心数据超标，则机械密封旋转磨擦密封面不仅要作旋转线性磨合，还存在径向位移磨合，难以形成有效的纯平面密封，很难保证长周期运行。

3.3水泵转子轴向窜动的影响

水泵转子轴向窜动超标，则旋转密封面间隙变化过大，出现时紧时松现象，动、静环密封面作高频率的撞击和分离运动，机械密封极易磨损，也很容易破坏液膜发生泄漏。要保持合理的轴向窜动，主要是水泵的轴承要运行良好，间隙不能超标，另外电机的轴向窜动要小，联轴器的平面间隙也要合理，不要使电机的轴向窜动通过联轴器传递到水泵转子上。

3.4叶轮状态的影响

如果叶轮动、静平衡调整不到位，或者叶轮的流道中心不正，则会引起水泵转子在运转中旋转中心偏离，同时带来过大的振动和窜动，对机械密封造成不利影响。

3.5轴承选型的影响

轴承是支承整个水泵转子的关键零件，卧式单级双吸离心泵基本上是轴向对称设计的，在载荷的分布上以流道中心为中线也是基本平衡的，所以前后端轴承的选型要统一，一般采用同型号轴承，并且轴承间隙也要基本一致，才能保证整个转子的平衡运转，使机械密封处于最佳工作状态。

3.6冷却水的作用

对于大型号水泵，通常机械密封和轴承箱都设计有冷却补充水，主要是保证机械密封液膜的完整、润滑和保证轴承的长周期良好运行，所以冷却水的作用也不可小视，要保持冷却水通畅。

3.7工艺操作的影响

工艺操作对机械密封的影响最容易忽视，但影响却很大，主要有以下几方面：

（1）开泵前排气不尽可能造成机械密封干磨，很快失效；

（2）不正当开、停泵和倒泵造成机泵短时间剧烈振动，可能对机械密封造成损坏；

（3）水泵远离工作点运行，比如高扬程泵长期在低扬程下运行，流量超出正常范围，机泵振动加大，机械密封也易泄漏。

3.8其它影响

一般来说新机械密封效果好于旧的，如果静环无过度磨损，还是不更换为好，因为静环在静环座中长时间处于静止状态，使锈蚀物和杂质沉积为一体，起到了良好密封作用。另外，有时出现小渗漏，密封并没有损坏，只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既可避免浪费又可以验证自己的故障判断能力，积累维修经验提高检修质量。

4.处理后的运行情况

经过分析，我们了解了机械密封的结构和检修、运行、维护中的注意事项，并运用到实际工作中，使水泵机械密封的使用周期得到了极大延长，供水所有机泵都实现了两年一修，其中运行水泵在全年运行90%以上时间情况下，达到了三年大修周期。

5.结束语

机械密封本身是一种要求较高的精密部件, 对设计、机械加工、装配质量都有很高的要求。在使用机械密封时, 应分析使用机械密封的各种因素, 使机械密封适用于各种泵的技术要求和使用介质要求且有充分的润滑条件, 这样才能保证密封长期可靠地运转。 因此，检修装配人员在安装使用机械密封时, 应分析使用机械密封的各种因素, 使机械密封适用于泵的技术要求，具备充分的润滑条件, 这样才能保证密封长期可靠地运转。 机械密封的泄漏处理，须在长期巡检、维修实践基础上，对泄漏症状进行观察、分析、判断，才能得出正确结论。

参考文献：

[1] 原学礼.化工机械维修管钳工艺[M].化学工业出版社,2006,4.1.

[2] 韩立江.黄志远.检修钳工[M].化学工业出版社,2004,3.1.

机械密封、泄漏、改造 篇3

聚丙烯厂丙烯原料泵(位号P301A/B)为聚丙烯装置提供原料,该泵对于整个聚丙烯装置具有极其重要的作用,反应所用的液态丙烯全部都由它来供给,所以一旦该泵出现问题,则将导致整个乙烯、聚丙烯装置停车,该泵自2001年4月投用以来,两台泵曾多次发生润滑油、密封液和丙烯泄漏故障。虽经多次检修,更换随机进口机械密封部件,但效果甚微。该泵频繁故障,不但损耗了大量丙烯,增加了检修费用,而且还给整个聚丙烯装置的稳定生产带来了很大的隐患。我们通过分析其泄漏的原因,有针对性地进行了综合改造,收到了良好效果。

1 基本情况

P301泵型号为GSB的多级立式泵。由电机、泵体、润滑系统、密封油循环系统等部分组成。

泵体部分的轴封为两套串联的机械密封,两套机械密封之间的密封腔充满密封油,在密封液补给循环系统内(包括一个密封油罐)进行循环,对机械密封进行润滑、冷却。

这两套机械密封都由如下部件组成:动环、静环、推环、弹簧、弹簧座、辅助密封圈、卡环等。椎环、弹簧、弹簧座以及卡环,辅助密封圈有“O”形橡胶圈和PTFE楔形环,静环材料都为石墨(M106K),动环材料由硬质合金YG6制成的。

2 机械密封泄漏分析

丙烯原料泵在聚丙烯开工投产期间,曾多次发生机封泄漏事故,每次检修后,运行3～5天就发现机械密封密封性能开始恶化,密封油向外泄漏,油杯及密封油罐内油的颜色变为黑色,并开始有丙烯窜至密封腔进入密封油罐和油杯中,最后丙烯大量泄漏,导致密封油罐压力高报警而停车。对高速泵进行解体检查,发现机械密封静环密封已破碎,动环端面上粘有一圈黑色石墨粉,而且磨损严重。

3 改造方案

3.1 机封静环和辅助密封圈的改造

机封摩擦副的静环为浸树脂石墨,在介质为轻烃类、高速的情况下,浸树脂石墨材料工作性能较好。但是,浸树脂石墨环在工作的过程中,磨损粉末如果聚集在辅助密封圈处,特别是聚四氟乙烯刃形密封处,会使密封刃产生压痕,甚至还会阻碍补偿环的补偿作用。在改造中,选用了强度高、摩擦性能和耐温性较好的浸银石墨环。保持系统操作的稳定性。

要保证密封性能,辅助密封圈应具有良好的弹性。基于以上辅助密封圈的失效分析,将辅助密封圈由聚四氟乙烯楔形圈改为氟橡胶“O”形圈,同时安装一个矩形截面的填充聚四氟乙烯垫圈,垫圈的内径与密封体接触部位紧密贴合,防止固体颗粒进入密封圈密封面。另外,由于介质压力较高,该垫圈还可以起到防止橡胶圈被挤出的作用。此外,“O”形密封圈采用轴向浮动安装结构,由于弹簧力通过矩形推环直接作用在补偿环上,当补偿环补偿移动时,“O”形圈上的移动点有两个。这样做既保证了补偿环的补偿作用,又保证了辅助“O”形圈的密封作用,从而提高密封的可靠性。由于橡胶密封圈的摩擦力大,也可以增大补偿环在非正常操作时的缓冲作用,保护摩擦端面。

3.2 机封动环改造

机械密封动环的端面比压值虽然偏小,但是其密封端面两侧压力为零,泵转速又很高,因此采用大的端面比压值反而会加剧其磨损。因此,采取了不改变端面比压,只改变动环的材质、结构,将原来的动环重新设计。

基于以上分析,对于该泵选用了C8BKC75-C8B70串联机械密封,同时配备密封方案API52要求的压力辅助系统,并要求厂家配置方案API13进行冲洗,降低密封腔内的温升。

介质端密封采用C8BKC75密封,该密封动环端面开有动压半圆槽,密封旋转时可以将更多的介质带入密封端面,在端面间形成液膜,并维持液膜的状态和刚度,减少因液化气润滑性差造成的剧烈摩擦,减少密封端面的磨损,延长密封使用寿命。

封油侧密封采用带有泵送环的C8B80密封,对封油进行密封,并利用泵送环泵送封油,保持封油的循环,带走摩擦热并润滑端面。为了加强泵送效果,在设计中加大泵送环螺距及导程,调整泵送环与腔径的间隙及螺旋槽深度,同时,将压盖上封油的进出口设计成切向,减少油路的阻碍,方便循环。

具体设计参数如下:

平衡系数

式中:D2,D1——密封面外径和内径;

dB——平衡直径;

弹簧比压:

式中:Fs——工作状态弹簧力;

A——密封面面积;

端面比压:

Pb=PSP+(B-Km)×PS

式中:Km——膜压系数;

Ps——密封腔压力。

前后级密封数据表:

备注:介质端dB=80mm,PS=2MPa,Km=0.8,封油端dB=75mm。

结束语

针对丙烯原料泵机械密封泄漏的原因,通过对2套密封采用综合改造,延长了该泵的维修周期,彻底消除了这一不安全的隐患,很好地解决了问题。这种方法对解决工况相似的设备泄漏问题,有一定的参考价值。

摘要：聚丙烯厂两台丙烯原料泵是进口的立式多级泵，在聚丙烯厂开工期间，由于工艺波动，造成两台泵机封损坏4次，为了确保聚丙烯厂顺利开工投产，经结合国内密封厂家的技术人员并查阅相关资料，通过对其机械密封端面比压的核算与分析，并对其机械密封动环材料及蛄构的分析找到了密封失效的原因，有针对性地对其进行综合改造，换用国产的串联机封，丙烯原料泵P301A于8月中旬更换国产机封，目前一直处良好的运行状态。

关键词：轻烃泵,串联密封,使用状况

参考文献

[1]陈德才，崔德容．机械密封设计制造与使用[M]．北京：机械工业出版社，1993．

[2]顾永泉．流体动密封[M]．东营：石油大学出版社1990．

机械密封、泄漏、改造 篇4

切焦水提升泵是年产150万t延迟焦化装置除焦水单元中的重要设备, 作用是从焦池中提升除焦水到切焦水罐, 该泵投入运行后密封泄漏严重, 维修频繁, 故障率较高。

二、原因分析

1. 设备简介

切焦水提升泵选用SWB270/35-55型自吸式单级离心泵, 流量270 m3/h, 扬程35 m, 允许吸上高度6 m, 转速1480 r/min, 功率55 k W, 效率85%, 工作介质除焦水 (含有大量的杂志和焦粉颗粒) , 介质温度10~40℃, 液体沿轴向吸入, 水平方向排出, 蜗壳材料为铸铁, 密封采用填料密封形式, 间歇式操作方式, 系统设计配置2台, 1开1备, 工艺位号P2131/1, P2131/2。

2. 密封泄漏分析

(1) 切焦水提升泵改进前密封状况。泵改进前轴封为传统的填料密封, 主要由填料压盖、填料腔、填料盘根、轴套等组成, 如图1所示。轴为2Cr13材料, 轴套为304材料, 密封是填料腔内壁与轴套表面之间填塞填料盘根, 利用其弹性变形, 在填料压盖压力的作用下, 产生足够的径向压力和轴向压力, 以堵塞间隙, 给流体外泄造成极大的阻力, 当径向压力大于等于介质的压力时, 达到密封的目的。泵运行以来轴封泄漏量较大, 使用周期一般都在1个月左右, 而且轴套磨损严重, 需频繁的停泵更换填料, 造成切焦水泵故障率较高, 影响除焦水单元的正常运行。

(2) 密封泄漏原因。对密封失效泵解体后检查, 分析影响填料密封寿命与造成泄漏的主要原因有: (1) 填料密封的压盖轴向挤压而使填料产生径向扩张力, 造成填料与轴套之间存在较大的摩擦, 轴套磨损导致密封泄漏。 (2) 除焦水中含有大量的杂质和焦粉颗粒, 为了不污染周边环境, 尽量减少泄漏, 填料时预紧力比较大, 填料和轴套就贴合得比较紧密, 当泵运转时, 填料以很快的速度被磨损掉, 这时介质内的颗粒附着在填料和轴套表面, 加速了轴套和填料的磨损。 (3) 自吸式离心泵抽真空系统抽力较小, 填料泄漏将影响泵的抽吸能力, 处于半抽空状态的泵振动加剧、轴晃动增加, 会使轴、轴套和填料磨损加快, 密封使用寿命缩短。 (4) 测量叶轮口环与泵体口环的间隙分别为1.4 mm和1.52 mm, 标准间隙为0.6~0.7 mm, 最大值为1.0 mm。口环间隙超标, 起不到封水节流的作用, 出口介质大量回流, 造成泵的效率下降和泵入口密封腔压力变大, 导致除焦水从密封腔中漏出, 缩短了密封使用寿命。 (5) 填料盘根选择和安装的方法不合适, 造成填料磨损加快, 产生泄漏。

三、密封改造

切焦水提升泵填料密封泄漏的主要原因是填料密封方式落后, 填料密封与轴套磨损所致, 为了保证生产的稳定运行, 把填料密封改为带冲洗水的机械密封。

1. 机械密封的选型

根据切焦水提升泵的性能参数, 选用内置式多弹簧单端面密封。由于工艺介质除焦水中含有大量的杂质和焦粉颗粒, 密封工况恶劣, 增加了密封冲洗水系统。密封采用目前比较先进的窄端面、小端面比压设计, 其优点是多个小弹簧, 端面比压均匀, 端面摩擦力小, 密封冲洗阻止颗粒进入密封面。弹簧机械密封结构及安装尺寸如图2所示。

密封端面比压是密封设计制造所要考虑的重要指标和性能参数, 选择合理的端面比压是保证机械密封长期运行的重要因素。端面比压要大于密封端面间的液膜压力, 使密封端面良好的贴合, 避免机泵运行时密封开启, 保证机泵机械密封在工作中的稳定性, 但端面比压过大也会加剧动静环磨损, 破坏动静环间的液膜, 因此密封端面比压需在使用范围内, 符合使用要求。

2. 机械密封安装调整

(1) 改造泵头填料密封腔部分, 使其适合安装机械密封, 且密封冲洗系统接口位置有利于现场安装配管, 泵其他部位不改动。

(2) 机械密封动环及动环密封圈可直接安装在轴套上, 调整好密封弹簧的压缩量并固定好紧定螺钉。静环座安装时应保证受力均匀, 没有歪斜现象, 并注意压盖与泵座结合处的密封。

(3) 机械密封安装到位后, 需对密封冲洗系统进行配管, 选用的冲洗水为新水, 压力0.3~0.4 MPa, 配管完成后, 进行冲洗, 干净后方可连接接头。运行前投注冲洗水, 防止颗粒杂质进入密封面内。

(4) 调整间隙。将磨损的泵体口环和叶轮口环更换, 间隙调整至0.6~0.7 mm标准范围内。

3. 密封改造后使用情况

泵密封改造后运行的1年期间, 发生过一次泄漏, 对泄漏的密封进行拆检发现, 机械密封弹簧内有焦粉颗粒, 造成密封弹簧补偿力变差, 使密封失效, 造成泄漏。拆检维修后, 加大了机封冲洗水的注入量和压力, 使密封冲洗水能及时冲走进入密封腔的焦粉颗粒杂质, 再次使用后运行稳定, 未出现过泄漏现象。

四、改造效果

机械密封泄漏的几个原因 篇5

泵在启动、停机过程中, 由于泵进口堵塞, 抽送介质中含有气体等原因, 有可能使密封腔出现负压, 会引起密封端面干摩擦, 内装式机械密封会产生漏气 (水) 现象, 真空密封与正压密封的不同点在于密封对象的方向性差异, 而且机械密封也有其某一方向的适应性。采用双端面机械密封, 这样有助于改善润滑条件, 提高密封性能。

2. 高压和压力波动造成的渗漏

由于弹簧比压及总比压设计过大或密封腔内压力超过3MPa时, 会使密封端面比压过大, 液膜难以形成, 密封端面磨损严重, 发热量增多, 造成密封面热变形。在装配机械密封时, 弹簧压缩量一定要按规定施加, 高压条件下的机械密封应采取措施。可采用硬质合金、陶瓷等耐压强度高的材料, 并加强冷却润滑措施, 选用可靠的传动方式, 如键、销等。

3. 转子周期性振动

原因是定子与上、下端盖未对中或叶轮主轴不平衡, 汽蚀或轴承损坏 (磨损) 。这种情况会缩短密封寿命和产生渗漏, 可根据维修标准纠正上述问题。

4. 动环在轴上不能灵活移动

泵转子轴向窜动量大, 辅助密封与轴的过盈量大, 动环在轴上不能灵活移动。泵反转或动静环磨损后, 得不到补偿。在装配机械密封时, 轴的轴向窜动量应<0.1mm, 辅助密封与轴的过盈量应适中, 在保证径向密封好的同时, 动环装配后应能在轴上灵活移动, 如动环压向弹簧能自由地弹回来。

5. 密封面干摩擦或已拉毛

密封面润滑油量不足引起干摩擦或拉毛密封端面。油室腔内润滑油面高度应加到高于动、静环密封面。

6. 其他问题引起的渗漏

安装动环密封圈的轴 (或轴套, 端面及安装静环密封圈的密封压盖 (或壳体) 的端面, 应倒角并修光, 以免装配时碰伤动静环密封圈。按规定给弹簧施力, 压缩量误差应<±2mm。

W13.01-48

作者通联:中宁县新堡镇固海扬水管理处检修队宁夏中卫市755100

E-mail:nxghgh2010@163.com[编辑利文]

甲醇废水泵机械密封泄漏原因及对策 篇6

一、改造前水泵存在的问题

1. 基本状况

甲醇废水由两台IHE50-32-250的离心泵间断性向外输送, 该泵为单级单吸, 单端面多弹簧内装式机械密封离心泵, 扬程为82m、流量为3.5m3、转速2 900r/min、功率7.5kW。泵冲洗方式为正冲洗。该泵的进料来自废水缓冲罐, 依据缓冲罐液位变化, 由人工启停泵。

2. 存在的问题

该泵的机械密封运行周期约1个月。维修工作量大, 年维修费用在2万元以上。

二、机械密封失效原因

1. 泵运行工况

工艺介质是甲醇废水 (主要含有废水、甲醇和石蜡) , 工作温度在70～80℃之间, 有时候会出现抽空或发生气蚀的现象。

2. 机械密封泄漏失效的原因分析

通过对失效的机械密封磨损情况的检查, 发现摩擦副短时间出现过量磨损, 同时有热裂、合金变色的现象。判断故障为由热损伤引起的密封泄漏。

造成问题的主要原因, 一是该泵的工艺介质是甲醇废水, 含有一定量的石蜡, 在温度低于60℃时, 石蜡会发生部分凝固, 导致叶轮通道、管道堵死等, 所以温度控制在高于石蜡熔点以上。但由于甲醇的挥发性比较强, 该泵的流量很小, 在温度较高的情况下容易发生气化闪蒸现象, 造成密封面干摩生热, 而石墨静环导热性又不强, 加剧了热量的积聚。二是由于该泵的扬程较高, 造成密封腔压力过高, 导致密封失效。

三、改造措施

把单端面机封改为双端面, 外接机封冲洗水 (按API682 Plan54标准) , 保证摩擦副接触面存在稳定的液膜;同时, 将石墨静环改为合金钢静环以保证热量可以迅速散发;另外, 把固定安装的静环改为浮动安装, 在发生气蚀时可以保证动静环自动对正, 防止偏磨。针对密封腔压力过高的情况, 在叶轮的后背板增设了背叶片, 降低了密封腔内部的压力。改造前后两种机封安装对照如图1所示。

四、效果

机械密封和叶轮改造后的泵运行平稳可靠, 能够满足生产需要, 达到了预期效果。机械密封的运行周期提高为6个月以上, 改造后年可节约备件材料费1.5万余元。同时保证了装置的安全、稳定、长周期运行。

摘要：针对甲醇废水泵机械密封运行周期短, 人力物力消耗大等问题进行改造, 将单端面机械密封改为双端面机械密封, 叶轮增设背叶片, 降低密封腔内部压力。改造后效果显著。

机械密封泄漏原因分析及改进办法 篇7

1机械密封的概述

1.1机械密封的构造和原理

机械密封是指对旋转机械端面进行处理,使端面之间能够相互贴合,彼此之间不存在缝隙,防止流体泄漏的一种技术手段。在化工机械设备中,内部设备是通过传动轴的连接作用,与外部设备一起运转工作的,在两者之间会存在圆周间隙,因为化工生产所用到的原料大多是流体形态,当流体进过传动轴向机械内进行输送时,如果大气压高于设备内的压力,空气就会流向设备内部;当大气压比设备内的压力小时,化工流体原料就会从设备内泄漏出来,对化工生产的正常进行造成了严重的影响。机械密封的主要部件包括动环和静环两部分,密封圈起到辅助密封作用,除此之外,还需要用到弹簧、推环等弹力补偿装置,在工作的时候,使动环和静环2个端面与轴线保持垂直关系,然后将弹力补偿装置对两个端面起到的压力,与密封介质的压力相结合,在这两种力的作用下,旋转端面就会紧密贴合在一起,对流体起到了密封效果[1]。

1.2机械密封的特点

机械密封的密封效果十分明显,能够有效的避免流体泄漏现象的发生;在具有良好的密封性能时,对机械起到了一定的润滑作用,减少了摩擦损耗;机械密封稳定性很好,具有良好的缓冲、抗振性能,应用范围十分广泛。但是,机械密封也存在一些缺点,相关工艺比较复杂,实现难度较高,需要非常精密的设备才可以完成;设备标准不统一,型号众多,当设备出现故障的时候,维修难度比较大;成本较高也是机械密封的特点。

2机械密封泄漏原因

2.1动静环失效

动环和静环是机械密封的主要部件,当动静环失效时,很容易造成机械密封泄漏现象。引起动静环失效的原因有很多种,其中最常见的就是高温。在化工生产过程中,会产生大量的热量,生产过程中也会存在很多热油、热水等温度较高的液体,因为动静环的安装形式是镶嵌结构,长期处于高温环境,这种结构会逐渐出现松动现象,甚至直接脱落;动静环处于高温加热状态下,内部结构将会被破坏,极易发生碎裂。在动静环的长期运行中,表面结构会不断发生摩擦,造成动静环的破损,这些现象都容易导致动静环失效,从而引发泄漏现象[2]。

2.2弹性补偿装置失效

弹力补偿装置对端面起到压力作用,当弹力补偿装置失效的时候,端面因为压力不足,也会发生泄漏现象。弹力补偿装置失效的表现主要有2种,分别是弹性装置无法发挥弹力作用以及弹簧的断裂。在进行化工生成时,高温环境下的空气中会存在少量的介质颗粒,这些颗粒在碰到弹性装置的时候,会附着在其表面,经过长时间的沉淀积累,弹性装置的缝隙和表面就会有比较多的杂质,导致弹性装置无法发挥其弹力作用。机泵的运行过程极不稳定,经常出现大幅振动现象,弹簧会经常在突然压缩与突然拉伸状态之间转换,对弹簧的弹性能力造成了很大的破坏,长期下去,会造成弹簧的断裂,使得弹性补偿装置失效,发生机械泄漏。

2.3密封圈失效

密封圈对机械密封起到辅助作用,密封圈失效也是造成密封泄漏的常见原因。密封圈膨胀破损和镶嵌不合理都无法发挥出其作用。因为密封圈是由橡胶材料制成的,当密封圈的工作环境对橡胶的特性造成影响的时候,很容易使橡胶膨胀变大,造成密封圈的体积过大,与周围的设备发生摩擦,长时间下去,密封圈就会出现破损,不能做好密封辅助工作。镶嵌不合理是因为橡胶材料的压缩量不容易把握,在设计密封圈的时候,其大小往往与镶嵌槽的尺寸不吻合,导致密封圈的镶嵌不紧密,存在间隙,造成密封泄漏[3]。

2.4其他原因

机械密封对所用到的设备要求使非常高的,需要十分精密的仪器才能实现密封效果,如果选用的设备质量不高,没有达到密封要求,就很容易造成密封泄漏。机泵的正常运行,需要机泵中所有设备的参与,当机泵其他部件设备的精准度较低的时候,会引发各种运行故障,例如轴承损坏、叶轮松动等,也会造成机械密封泄漏。机械密封安装工艺比较复杂,安装人员专业性不强、安装过程不规范等,也是引起机械密封泄漏的常见原因。

3加强机械密封效果的措施

3.1确保动静环的性能正常

针对动静环的松动、脱落现象,可以将动静环与相应的设备焊接到一起,使之成为一个整体;当必须使用镶嵌结构的时候,可以使用密封胶对其进行加固处理,使动静环与镶嵌槽黏结到一起。为了防止动静环的断裂,可以对其进行降温处理,减小高温对其内部结构的破坏。优化机泵运行过程,提高运行稳定性,减少动静环的摩擦,降低其磨损程度。

3.2确保弹性补偿装置的性能正常

为了减少弹性装置缝隙和表面的杂质,可以定期进行清理,或者在其表面涂抹一层封油,阻隔空气中的杂质,还可以将弹性装置设计成螺旋结构,这种结构的弹性装置在工作过程中,其表面的杂质在不断旋转的作用下,会因为离心力的作用,从表面掉落,弹性装置可以完成自我清理。避免弹簧发生断裂的有效措施,需要从机泵运行着手,采用更加合理的方法使整个运行过程更加平稳,降低对弹簧弹性能力的破坏。

3.3确保密封圈的性能正常

在制作密封圈的时候,结合机泵运行环境,选用更加合适的、性能更好的、受环境影响比较小的橡胶材料,如果机泵运行环境是高温环境,便选用耐热性能良好的橡胶材料;相应的,如果环境温度比较低,则选用受低温影响较小的橡胶。

3.4选用精密设备,提高安装质量

在选用设备的时候,严格规范设备的质量和准确度,除了要保证机械密封所用到的设备的精准度之外,还需要要求机泵其他部件设备的规格和质量也都是达标的,为机械密封提供更好的保障。设备的安装,需要由专业技术过硬、安装经验丰富的专业人员来完成,做好安装工作的监督与管理,规范安装过程,确保设备安装的科学性、合理性,提高安装质量。

4结论

机械密封是保证化工生产正常进行的重要工作,密封难度比较大,相关技术要求比较高,容易发生泄漏现象,从密封原理出发,做好相关设备的选择和安装工作,确保密封设备都能够正常发挥其作用,保证机械具有良好的密封性,对做好化工生产具有重要意义。

参考文献

[1]高元勇,李强,严小生.不锈钢保温泵机械密封泄漏原因分析与改进[J].安徽化工,2015(2):85-86.

[2]王勤祥,李强,严小生.双端面机械密封泄漏原因分析及改进[J].石油和化工设备,2015(9):89-91.

高温热油泵机械密封泄漏分析与对策 篇8

1.导生油泵P-404故障介绍

1.1运行工况

聚苯乙烯装置高温导生油泵P-404是脱挥发物器的导生循环泵, 为美国GOULDS公司生产的单级离心泵, 运行工况见表1。泵用机械密封为丹东克隆公司制造的单端面非集装波纹管式机械密封。

1.2介质特性

导生油在装置内作为热媒使用, 主要成分为:二甲基联苯、甲基联苯和三甲基苯基环乙烷;比重0.979kg/m³;在240℃时黏度约为30厘泊;极易挥发, 易结碳, 微红颜色, 刺激性气味, 轻微毒性。

1.3机械密封故障与现象

经过统计, 导生泵P-404两年内, 因机械密封泄漏原因共发生检修10次, 机械密封平均使用寿命仅为1810小时, 即2.51月。泄漏发生前, 机械密封首先是摩擦副部位出现缓慢轻微的滴漏, 并伴有高温气化烟雾。滴漏介质呈焦状, 深棕色。滴漏持续1个月后, 机封将发生大量泄漏。经过解体检查, 动、静环的密封面磨损正常, 通常在动环摩擦面有可视的轻微磨痕;在机械密封的波纹管内部和摩擦副部位存在严重的积碳结焦现象。导生油碳化物填充波纹管全部间隙, 严重影响了波纹的回弹。少数严重情况中, 波纹管内导生碳化物高度会高于动环密封面, 替代动环与静环形成摩擦副进行密封工作。此时, 当机泵内发生偶然的振动或介质压力、温度波动时, 碳化物由于没有足够的韧性发生破坏, 致使机械密封发生泄漏。

2.机械密封失效分析

2.1密封泄漏点

高温导生油泵P-404使用的是DBM-45型焊接波纹管机械密封, 参数见表2。密封腔由泵冷却夹套进行水冷却, 摩擦副介质由平衡管自冲洗, 静环无背冷, 结构如图1所示。

根据安装结构, 机械密封可能发生泄漏的密封点有:

(1) 波纹管背侧的静密封点, 如图1中标注5所示的密封O环。

(2) 静环与泵体之间的静密封点, 如图1中标注4所示的密封垫。

(3) 动、静摩擦副, 即图1中标注2.3所示的接触面。

上述密封点中的两处静密封点通过螺栓把紧等安装措施, 即能够实现工况下的设备运行。因此摩擦副的密封效果将是本文讨论的主要内容。

2.2 PC、VC、PV值的计算

根据设计, 影响摩擦副密封效果的主要因素有:端面比压PC、端面线速度VC和端面温度T。根据表2的相关参数:

(1) 波纹管的有效作用直径,

(2) 波纹管弹率

其中:

n=2—波纹管层数;

E=20×104N/mm2——波纹管材料弹性模量;

t=0.127mm——波片厚度;

i=9——波数;

B=7mm——波纹管膜片宽度。

(3) 波纹管机封载荷系数

(4) 膜压系数

λ= (2d2+d1) /3 (d2+d1) =0.51

(5) 软环摩擦副端面面积

(6) 波纹管机封工作高度时弹力

其中:

△t=4mm—波纹管工作状态时的压缩量。

(7) 波纹管机械密封弹簧比压

ps=F/S=0.583MPa

(8) 波纹管机械密封端面比压

其中:pL=0.5MPa—密封腔内压力。

(9) 摩擦副端面线速度

VC=π (d2+d1) n/120=4.15m/s

其中:n=1450r/min—转速;

(10) PV=3.12MPa·m/s

中等润滑、浸渍金属石墨—反应烧结Si C配对的机械密封摩擦副的许用值[PV]为19.6MPa·m/s。

所以, PV<[PV]。

由上面的计算结果可知, 泵P-404的摩擦副端面比压PC=0.75MPa;摩擦副端面线速度VC=4.15m/s;摩擦副PV值小于许用值。因此端面比压、端面线速度、PV值不是引起密封泄漏的根本原因。下面对摩擦副端面温度T进行分析。

2.3密封失效分析

当摩擦副端面温度过高时, 会造成摩擦副端面密封液膜高温气化。部分气化的导生油在密封腔内运动, 一部分气相介质渗过摩擦副, 破坏了摩擦副端面密封液膜, 造成了摩擦副的局部干摩擦。摩擦副的局部干摩擦又将加剧摩擦温度的升高和动环材料的磨损。在波纹管内部, 气相导生油受热碳化, 堆积在密封腔内, 随着碳化物的积累, 结焦逐渐在波纹管内部及密封面附近堆积, 最后发展到影响机械密封摩擦副的正常工作, 进而导致机械密封失效, 引发介质泄漏。

2.3.1摩擦副端面温度的计算

利用迈尔估算公式进行计算:

将2.2计算结果代入上式可得:

T=T0+23.86

依据上述计算结果, 因动静环磨擦产生的温升为23.86℃。因此摩擦副周围的介质温度T0决定了泵密封效果。

2.3.2介质温度T0的推算

经过对泵P-404的实际测量, 机械密封静环压盖外表温度134℃;冷却夹套泵端外表温度168℃;冷却水进出口温差6℃。根据温度梯度变化趋势和密封安装结构, 摩擦副部位的介质温度T0测算为145℃。

因此, P-404泵机封摩擦副端面温度

T=T0+23.86=168.86℃

2.3.3密封失效原因分析

(1) 根据泵体结构, 密封冷却水由轴承箱一侧DN15管口进入, 流经轴承箱外壁冷却腔体后, 进入机封冷却水套零件对密封部位进行冷却, 最后由出口排出。由于冷却水进出口压差小于0.05MPa, 温度差仅为6℃。这种工况表明密封腔内介质冷却是不充分的。但冷却效果有待量化。

(2) 在机械密封冲洗中, 摩擦副部位是介质自冲洗结构。冲洗介质由泵涡壳外侧经导管接入密封腔, 对摩擦副进行自洁。经测量, 冲洗液进出口管线无温差。这证明摩擦热不能被冲洗液带走。

密封腔内导生油的压力与泵的入口压力基本一致, 操作压力为0.1MPa。由导生油在不同温度下的饱和蒸汽压曲线图2可知, 导生油在压力为0.1MPa的饱和蒸汽压为0.2psia, 气化温度130℃。也就是说导生油在0.1MPa的压力和130℃的温度下即会发生气化。而摩擦副端面温度为168.86℃。

可见, 摩擦副液膜超温气化是导生泵P-404机械密封频繁泄漏的根本原因。

因此, 改善工况条件下机封内导生油气化结焦的情况需要降低摩擦副的工作温度。在改造升级中, 应考虑增加辅助冷却系统, 对密封面进行冲洗, 使摩擦副工作温度低于130℃。

3.改进措施

为增加辅助系统, 根据设备结构, 新机械密封选择了四川日机密封件公司设计生产的串联式集装机械密封。密封各部材质及主要参数见表3, 弹簧比压PS、端面比压PC、摩擦副端面线速度VC、PV值见表4, 符合工作要求。

3.1辅助系统的选择

根据API682-2014方案的选择, 主密封冲洗液从泵出口引出, 经冷却器降温后, 送至密封腔, 对密封面进行降温, 冲洗密封端面后返回泵腔, 即Plan21方案。

辅助密封方案选择为:通过外部储液器向无压双重密封提供缓冲液, 即Plan52方案。正常运行时, 泵送环维持循环。储液器工作时向废气回收系统排放气体, 压力约为常压, 低于密封腔内液体的压力, 实现缓冲液的正常流动。

3.2辅助系统的建立

为了不使冲洗液流速过高而引起冲蚀, 冲洗液压力与轴封箱压力差应小于0.5MPa。P-404泵额定工况时出入口压差为0.4MPa, 因此选择冷却后的导生油作为主密封的冲洗液, 接入密封部位, 可以满足要求。在冲洗结构上, 冲洗介质从出口管线排气管接入, 冲洗液密封入口利用原有泵盖的冲洗孔。

冲洗液温度的确定。由于P-404泵介质温度240℃, 为实现摩擦副端面温度T<130℃的目的, 应尽可能地降低摩擦副周围的介质温度T0。机械密封改造中, 采用冷却器对冲洗液进行冷却, 冷却器设计为盘管式, 壳程为冷却水, 冷却面积0.9m2。经过实测, 冷却后的冲洗液温度为93.6℃, 摩擦副的工作温度为120.6℃。这使介质气化结焦的问题从根本上得以解决。

缓冲液的选择。第一, 按照API 682的要求, 缓冲液最好在操作温度下具有10m2/s~32m2/s的运动粘度。第二, 由于工作中将有少量的隔离缓冲液泄漏到工艺介质中或有少量的工艺介质漏到缓冲液体中。因此副密封的缓冲液必须与导生油具有相容性, 并不会污染导生系统。第三, 冲洗液要洁净且对密封面有润滑作用。根据上述条件, 在新机械密封设立独立的外部缓冲罐, 缓冲介质选择为矿物白油。

由于结构的变化, 原轴承和机械密封冷却被单独进行。独立的机封冷却也保证了冷却效果。

4.改进效果

按照上述要求, 新机械密封改造后, 各部位温度对比变化明显, 具体情况见表5。经过测量和计算, 应用新机械密封后摩擦副周围介质温度T0=109℃, 磨擦产生的温升为11.6℃, 摩擦副端面温度120.6℃, 低于导生油饱和蒸汽温度130℃。解决了导生油气化引起的密封端面结碳和密封失效问题。自改造运行以来, 高温导生泵P-404已稳定运行9个月, 工作正常, 无泄漏。

结论

根据密封技术的进展, 机械密封的额定寿命已经提高到25000h。为了实现这样的目标, 结合设备工况条件选择适当的密封结构, 必要时增加密封冷却辅助系统, 将摩擦副工作温度控制在介质气化温度以下是非常重要的。对高温热油泵, 应重点研究在工况压力下的介质饱和蒸汽压对机械密封的影响。根据介质特性确定机械密封结构和工作参数, 保证摩擦副的工作温度和压力, 从而实现机械密封的可靠性和可用性。

参考文献

[1]DOWTHERM Q.Heat Transfer Fluid[M].P5-10.

[2]胡国桢, 石流, 阎家宾.化工密封技术[M].北京:化学工业出版社, 2006.

[3]机械设计手册联合编写组.《机械设计手册》第二卷[M].北京:化学工业出版社P10.121, 10.124.

[4]王汝美.实用机械密封技术问答[M].北京:中国石化出版社, 2004:42-43, 93-103.