張濤

摘要：對ACH循環(huán)泵的機械密封的失效原因進行了分析，并對其進行了改型，提高了設(shè)備運行壽命，取得了良好的成效。

關(guān)鍵詞：雙端面機械密封;失效分析;改進

前言

目前在很多企業(yè)中，當輸送介質(zhì)為劇毒介質(zhì)時，機泵的密封一般不會采用機械密封，而采用干氣密封或者干脆就是無軸封機泵和磁力泵。這在某公司美國工廠和高雄工廠都可以看到。在2004年某公司中國工廠籌建的時候，ACH循環(huán)泵型號采用FLOWSERVE ANSI標準的MARK3離心泵，機械密封構(gòu)造設(shè)計并沒有參照美國博蒙特工廠的干氣密封型式或者采用無軸封泵，而是采用的雙端面機械密封，并采用API53A沖洗方案，外部加壓氣源為氮氣，沖洗介質(zhì)為68號礦物油。在開工后的幾年中，機械密封陸續(xù)出現(xiàn)了一些問題，正常運行周期不超過3個月。該泵設(shè)計為單泵運行，現(xiàn)場沒有安裝備用泵供緊急切換。每次修理該泵，ACH裝置都必須停車，因而不能接受上游丙烯腈裝置的氫氰酸，既造成了原料浪費，又對環(huán)境造成污染，影響較大。

設(shè)備參數(shù)

泵型號：3K8×6–16RV M3 ST;介質(zhì)：粗品丙酮氰醇;操作溫度：30～60℃;操作流量：310～330M3/h;額定流量：447M3/h;揚程：22.6M;入口壓力：0.24barG;出口壓力：2.16barG;電機功率：45KW;轉(zhuǎn)速：1450 RPM;機械密封：FLOWSERVE RO 3”雙端面機械密封;沖洗方案：API53A。

損壞狀況

在泵正常運行時，經(jīng)現(xiàn)場檢查，沖洗液儲罐外壁溫度很低，接近機械密封壓蓋處的沖洗液進出口管道卻很燙。機械密封壓蓋表面溫度高達95℃。損壞的機械密封經(jīng)去污后解體，密封壓蓋處有許多黑色焦炭粉狀物質(zhì)（見照片C），外側(cè)密封動環(huán)密封面有裂紋。內(nèi)側(cè)密封靜環(huán)O型環(huán)嚴重碳化，可輕捻成粉末狀。繼續(xù)解體還發(fā)現(xiàn)，在泵效環(huán)周邊也附著一層該種黑色焦炭粉狀物質(zhì)（見照片D）?？梢詳喽?，該黑色物質(zhì)即密封O型環(huán)經(jīng)過高溫后的產(chǎn)物。

原因分析

機械密封及壓蓋沖洗孔相對位置如下圖5、6所示：

機械密封壓蓋及隔離液進出管道溫度很高，而隔離液儲罐外壁的溫度低，說明隔離液沒有在機械密封腔和儲罐之間建立起良好的循環(huán)。機械密封內(nèi)的各級密封O環(huán)材質(zhì)為氟橡膠，長時間地處在過熱的密封腔中，性質(zhì)很容易發(fā)生變化，失去密封效果。由于采用的是API53A沖洗系統(tǒng)，外接壓力會將隔離液加壓至高于密封腔壓力1.5巴（2.3磅/英寸2）[1]，在外接壓力的作用下，隔離液會向泵送介質(zhì)側(cè)泄漏。當隔離液完全泄漏后，動環(huán)和靜環(huán)之間不再存有液膜，摩擦副發(fā)生干磨，會產(chǎn)生更大的熱量，使氟橡膠密封O環(huán)加劇碳化，并進而碎斷或粉化。

密封腔內(nèi)溫度較高，這可能有以下幾個方面的原因：①機泵密封腔內(nèi)的泵效環(huán)在機泵轉(zhuǎn)動的情況下，能力不高，不足以帶動足夠循環(huán)量的隔離液，使機械密封腔得不到足夠冷卻換熱;②進出機械密封腔的隔離液管路過于彎曲，過長，使管路阻力很大，熱虹吸效果差，導(dǎo)致隔離液循環(huán)不夠通暢;③密封壓蓋下進上出的沖洗孔設(shè)計減少了機械密封腔的換熱幅度。

改造方案

根據(jù)以上損壞原因分析，有以下幾種改造方案：

機械密封改型。原有泵效環(huán)的能力不足以使隔離液建立正常循環(huán)，可采用螺旋推進式的泵效環(huán)予以代替，優(yōu)化隔離液管路，使隔離液在機械密封腔和儲罐之間能真正循環(huán)起來。這種改造方案較為簡潔，外圍不需要增加額外設(shè)施。如下圖7所示。為了安裝新式機械密封，需要將密封腔上的孔由3/8英寸，擴大為1/2英寸（下圖中的BI口）。隔離液管路尺寸也相應(yīng)增加。

改變泵效環(huán)，一并將機封壓蓋也改造，沖洗孔由下進上出改為上進切線出，如圖8所示。這樣也可以降低隔離液的阻力，改善熱虹吸效果，加強隔離液循環(huán)。

外部隔離液管加裝循環(huán)小泵，加強隔離液循環(huán)。

根據(jù)改造所需要的費用由低到高的原則，先采用5.1方案，如果沒有達到預(yù)期效果，可以結(jié)合5.2、5.3方案。

改造試驗及效果

根據(jù)5.1方案改動的新型機械密封于2017年1月4日安裝至此機泵上，并進行了試車。開車后，機械密封壓蓋的溫度保持在60℃以下，隔離液儲罐外壁溫度比改造前升高許多，這說明機械密封腔內(nèi)的熱量被隔離液帶至儲罐，建立起了正常循環(huán)。至今，機械密封壽命已經(jīng)超過了26個月，使用狀況仍然良好。在工廠停車檢修時，為了保證設(shè)備長周期運行，該機械密封被拆下進行解體檢查，O型環(huán)及動靜環(huán)狀態(tài)都不錯，這說明本次改造達到了預(yù)期效果。經(jīng)統(tǒng)計，本次技術(shù)改造可為公司帶來大約每年一百萬元人民幣的經(jīng)濟效益，所以獲得了該公司評選的年度最佳建議獎。

結(jié)論

機械密封腔過熱，會造成密封O型環(huán)失效，大大影響機械密封的壽命。而機械密封隔離液循環(huán)不暢通，使密封腔得不到有效冷卻，是機械密封損壞的根本原因。

可以通過加強隔離液的循環(huán)的方法，降低密封腔內(nèi)的溫度，繼而延長機械密封壽命

機械密封的安裝及調(diào)節(jié)的正確與否對機械密封使用壽命也有很大影響。從長遠考慮，為了不使該設(shè)備的損壞對環(huán)境及公司經(jīng)濟效益造成巨大影響，安裝備用設(shè)備是提高工廠運行可靠性的最佳選擇。

參考文獻

API 682–2002.美國石油協(xié)會標準[S].