馬風(fēng)龍，張艷全，曾登林，王彥江，劉偉

（獨山子石化公司設(shè)備檢修公司乙烯鉗工車間， 新疆 獨山子 833699）

我廠某裝置有一臺弱堿循環(huán)泵，自2017年4月初開始，僅僅4個月的時間里，機(jī)械密封泄漏修4次，平均下來每月檢修一次，無法滿足生產(chǎn)要求。該泵停機(jī)后將會導(dǎo)致下游塔穿透，影響關(guān)鍵機(jī)組運行，造成裝置降低負(fù)荷運轉(zhuǎn)，對企業(yè)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

為解決弱堿循環(huán)泵機(jī)械密封運行周期短問題，對故障所產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，對歷次檢修原因檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)械密封的故障都是由于密封面結(jié)焦嚴(yán)重,動環(huán)硬質(zhì)合金裂紋而導(dǎo)致的，所以針對機(jī)械密封密封面材質(zhì)及機(jī)械密封沖洗方面進(jìn)行研究和處理，針對機(jī)械密封沖洗量進(jìn)行計算分析，并對沖洗孔的位置進(jìn)行了相應(yīng)的改造。實施后，延長了設(shè)備的運行周期。

1 設(shè)備主要參數(shù)

該泵結(jié)構(gòu)為單級懸臂式離心泵，機(jī)械密封采用單端面密封，動環(huán)是波紋管，摩擦副材料是硬質(zhì)合金對硬質(zhì)合金，沖洗方式為自沖洗。設(shè)備運行工藝參數(shù)如表1。

表1 設(shè)備運行工藝參數(shù)

2 設(shè)備運行故障概述

該泵在2017年4月以前的機(jī)械密封運行周期是3個月，由于運行周期短，生產(chǎn)車間通過某機(jī)封廠家對其進(jìn)行了改造。但改造后運行狀況不理想，每套機(jī)械密封運行1個月就出現(xiàn)泄漏故障。自4月份開始連續(xù)更換了4套機(jī)械密封，通過檢查我們發(fā)現(xiàn)了一些相同的故障現(xiàn)象，密封面結(jié)焦嚴(yán)重,動靜環(huán)硬質(zhì)合金表面有大小不等的熱裂紋。

3 機(jī)械密封失效原因分析

（1）機(jī)械密封動環(huán)鑲裝時應(yīng)力過大。該機(jī)械密封動靜環(huán)材質(zhì)均采用W7硬質(zhì)合金，動環(huán)座材料為316，采用H7/u6過盈配合熱鑲裝工藝，過盈配合太大會導(dǎo)致硬質(zhì)合金變形，內(nèi)應(yīng)力過大，溫度高時造成熱開裂，使密封失效。還有就是當(dāng)密封面溫度急劇升高時，動環(huán)配合松動，與靜環(huán)一起轉(zhuǎn)動也可以造成密封泄漏故障。

（2）密封冷卻不良造成機(jī)械密封運行周期短。解體檢查機(jī)械密封，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封端面結(jié)焦嚴(yán)重，動靜環(huán)表面有大量小的熱裂紋。將機(jī)械密封端面結(jié)焦取出進(jìn)行化驗，得出的結(jié)論為氫氧化鈉的結(jié)晶體。密封面的高溫使氫氧化鈉溶液在動靜環(huán)處結(jié)晶析出溶質(zhì)，溶質(zhì)的不斷聚集使產(chǎn)生的熱量大量聚集而無法散去，從而導(dǎo)致硬質(zhì)合金密封面熱開裂，結(jié)晶的溶質(zhì)還可以進(jìn)入密封端面加劇密封面的磨損，造成密封運行周期短。密封腔中熱量的主要來源是密封動靜環(huán)摩擦副產(chǎn)生的熱量，而該熱量一般都是由機(jī)封的沖洗系統(tǒng)帶走的。沖洗是機(jī)械密封所有輔助設(shè)施中最主要的工作方式。所謂沖洗就是將密封流體注入到密封腔內(nèi)對密封端面進(jìn)行冷卻、凈化、潤滑等功能，將不利的環(huán)境改為密封能接受的工作環(huán)境。由此我們得出造成機(jī)械密封運行周期短的另一原因是由于機(jī)械密封的冷卻沖洗不良，不能將機(jī)械密封內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的熱量帶走，造成機(jī)械密封內(nèi)部溫度過高。

4 機(jī)械密封的改造

（1）更改機(jī)械密封動環(huán)的鑲裝工藝。動環(huán)座和動環(huán)按照H7/s6的公差配合安裝，配合時打膠，用樂泰E-214hp膠水，單組分環(huán)氧膠加熱固化，固化后強(qiáng)度、硬度非常高。這樣改進(jìn)的好處首先是減少應(yīng)力，避免開裂，還可以增加動環(huán)的裝配強(qiáng)度和密封性能，避免動環(huán)與環(huán)座相對轉(zhuǎn)動造成介質(zhì)泄漏。

（2）更改自沖洗孔的角度。在對機(jī)械密封進(jìn)一步仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)，原機(jī)械密封壓蓋上的沖洗孔的位置和角度不合適，造成沖洗液射流不能正沖在機(jī)封摩擦副上，影響冷卻效果和沖洗效果。經(jīng)過測量，我們將沖洗孔角度從原來的與軸線夾角45°變?yōu)?0°，確保沖洗射流與密封端面位置對準(zhǔn)。

（3）核算密封沖洗量。理論上講沖洗量是按密封裝置的熱平衡原理計算確定的。注入的沖洗量過大，浪費能量。注入的沖洗量過小，無法達(dá)到冷卻、凈化效果。該計算復(fù)雜，有很多數(shù)據(jù)是選取的，計算的結(jié)果沒有多大的意義。根據(jù)長期的實踐和經(jīng)驗，沖洗量的大小可根據(jù)機(jī)械密封的規(guī)格（直徑）和介質(zhì)的種類進(jìn)行選取?？偨Y(jié)見表2。

表2 一般介質(zhì)泵用機(jī)械密封的沖洗量（3000 r/min）

選取沖洗量時，對于易揮發(fā)或溫度較高的介質(zhì)要適當(dāng)大一些。該泵密封直徑為Ф55mm，溫度為40°。選取時可以不考慮介質(zhì)溫度的因素，但考慮到介質(zhì)容易結(jié)晶的特性，我們選取沖洗流量適當(dāng)放大，故選取4L/min。

（4）密封沖洗孔的尺寸確定。我們一般通過核算密封沖洗液通過沖洗孔的沿程損失來確定沖洗孔孔徑是否合適。在計算時，首先應(yīng)假定一種沖洗孔徑，計算出沖洗孔中流速，然后再計算沖洗孔中的沿程損失。對達(dá)不到設(shè)計要求的沖洗量，可以增加沖洗孔徑減小損失來增大沖洗量，反之，用減小沖洗孔徑的方法來減小沖洗量。具體計算如下：

沖洗量Q=4L/min，假定沖洗孔徑d=Ф5mm。

式中：v為沖洗孔內(nèi)流速（m/s）；d為沖洗孔徑（m）；Q為沖洗流量（m3/s）。

式中：ν為流體的運動粘度，m2/s；與溫度、介質(zhì)種類有關(guān)，其值為動力粘度與密度的比值。μ為流體的動力粘度，為流體在該溫度下的密度，

式中：L為為沖洗孔長度，m；v為沖洗孔內(nèi)流速，m/s；d為沖洗孔徑，為沿程阻力系數(shù)，對于沖洗孔中的不同流速狀態(tài)，其系數(shù)的計算公式有差別，與雷諾數(shù)有關(guān)。

當(dāng)4000＜Re＜105時，用勃拉修司經(jīng)驗公式：

現(xiàn)在對沖洗孔兩端列能量平衡方程，由伯努利方程可得：

Za為沖洗孔入口位置勢能；為沖洗孔入口壓力勢能；為沖洗孔入口處動能；為沖洗孔入口處動能修正系數(shù)；為沖洗孔出口位置勢能；為沖洗孔出口壓力勢能；為沖洗孔出口處動能；a2為沖洗孔出口處動能修正系數(shù)；λ為密封介質(zhì)的重度，為沖洗液密度

該泵Pa等于泵出口壓力，Pb與泵入口壓力大致相等，因此：

5 結(jié)語

通過分析，設(shè)備維護(hù)人員找到密封運行周期短的原因，并采取了有針對性的解決措施。經(jīng)過實施后，機(jī)泵至今運行穩(wěn)定，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。說明對故障原因分析準(zhǔn)確，措施有效。