陳小虎

（天偉化工有限公司，新疆 石河子 832012）

多級(jí)臥式離心泵的高低壓密封通常采用機(jī)械密封型式方法，同其他內(nèi)裝式機(jī)械密封方法類似，機(jī)械密封都是由摩擦副、緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)以及輔助密封圈組成。

1 多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封概述

1.1 基本情況

多級(jí)臥式離心泵基于物理學(xué)中的離心力原理，通過(guò)葉輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，將水轉(zhuǎn)動(dòng)并甩出，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)最終目的。通常而言，離心泵在使用性能上又可以劃分為工業(yè)用泵和民用用泵，經(jīng)常應(yīng)用于冶金行業(yè)、化工行業(yè)以及紡織行業(yè)等。多級(jí)臥式離心泵具有運(yùn)行平穩(wěn)、維修簡(jiǎn)易方便的特征?？v觀人類石油開發(fā)史，海上石油開采可以被看作是陸地石油開發(fā)的另一種延續(xù)。海上原油主要就是通過(guò)采油泵獲取原油到生產(chǎn)平臺(tái)，再將其通過(guò)原油分離器處理、原油外輸泵加壓、輸送到浮式儲(chǔ)油輪處理，最后完成整個(gè)原油開采過(guò)程。

1.2 密封結(jié)構(gòu)

多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封通常由墊片、壓蓋、靜環(huán)密封圈、靜環(huán)、動(dòng)環(huán)、動(dòng)環(huán)密封圈、推環(huán)、彈簧元件以及傳動(dòng)座組成。以彈簧作為主要元件構(gòu)成的則是緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，以靜環(huán)密封圈以及動(dòng)環(huán)密封圈為主要元件構(gòu)成的則是輔助密封圈，顧名思義，輔助密封圈的主要作用就是進(jìn)行輔助密封，通常根據(jù)截面可以將其劃分為楔形環(huán)以及O 形圈等。而動(dòng)環(huán)密封圈則可以有效防止介質(zhì)因?yàn)閯?dòng)環(huán)軸的作用而發(fā)生泄露。通過(guò)安裝離心泵機(jī)械密封，可以有效發(fā)揮密封作用，避免泄露介質(zhì)。

2 多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封安裝孔腐蝕研究

2.1 材料

多級(jí)臥室離心泵機(jī)械密封主體材料為SS316，SS316不銹鋼是典型的含鉬不銹鋼種，SS316 不銹鋼的性能優(yōu)于SS310 和SS304 不銹鋼，具有較強(qiáng)的耐腐蝕性，材料組成方面，碳占比最高。離心泵泵殼材質(zhì)通常采用鑄鐵泵,填料密封。由于泵外部壓力很高,所以應(yīng)該有效避免在泵進(jìn)口處出現(xiàn)汽蝕的現(xiàn)象,對(duì)于過(guò)流部件可以通過(guò)應(yīng)用具備耐腐蝕性和抗電化學(xué)腐蝕的物質(zhì)材料，避免因?yàn)橥饨鐪囟葴囟茸兓绊懖牧希瑢?dǎo)致變形。而多級(jí)臥式離心泵的泵殼材料是SA216WCB鋼，它的特點(diǎn)是強(qiáng)度較高，鑄造性較強(qiáng)，但與此同時(shí)，很容易遭到腐蝕，特別是當(dāng)原油中含水量很大或者含鹽量很高的時(shí)候，泵殼材料表面極易被腐蝕。因?yàn)榉蛛x裝置處理能力有限，同時(shí)每次處理產(chǎn)量容量有限，導(dǎo)致通過(guò)泵殼材料運(yùn)送的原油中的水分含量難以實(shí)現(xiàn)有效的減少。因此，通過(guò)改善泵殼機(jī)械密封裝孔表面耐腐蝕性能，能夠有效延長(zhǎng)機(jī)械運(yùn)作時(shí)長(zhǎng)，提高機(jī)械密封壽命。

2.2 表面粗糙程度

離心泵零件在運(yùn)作過(guò)程中，長(zhǎng)期處于潮濕空氣中，很容易滋生各種腐蝕性化學(xué)物質(zhì)，因此多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封安裝孔的表面很容易被腐蝕。除了化學(xué)腐蝕之外，常見(jiàn)的還有電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕通常是指金屬和電解質(zhì)通過(guò)相互作用，可以構(gòu)成腐蝕原電池，在其表面產(chǎn)生小鼓包。日常生活中典型的電化學(xué)腐蝕諸如氧氣作為電解質(zhì)，和金屬鐵相互作用構(gòu)成腐蝕原電池。由于金屬鐵的電極電位比氧低，所以氧作為正極，金屬鐵作為負(fù)極，被腐蝕。這種腐蝕是因?yàn)樵诮饘俦砻鏁?huì)由于電解質(zhì)的相互作用吸附水膜，水膜中含有少量的氫離子和氫氧根離子，共同構(gòu)成電解質(zhì)溶液，使得作為負(fù)極的金屬被氧化失去電子，遭到腐蝕。在電化學(xué)腐蝕作用下，會(huì)受到安裝孔表面粗糙度的影響。通常而言，如果安裝孔表面粗糙，腐蝕程度則會(huì)更加嚴(yán)重。常用的防腐方法有覆蓋層保護(hù)、電化學(xué)保護(hù)以及緩蝕劑保護(hù)等。

3 多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封安裝孔維修方案分析

3.1 安裝孔維修工藝評(píng)估

多級(jí)臥式離心泵在進(jìn)行初期維修的過(guò)程中往往是通過(guò)原生產(chǎn)廠家進(jìn)行的，其主要操作流程是對(duì)泵殼機(jī)械密封安裝孔表面存在的腐蝕與缺陷進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行同等材質(zhì)的焊補(bǔ)以及相應(yīng)的普通鏜孔處理。由于焊補(bǔ)所使用的材料與原有安裝孔一致，加上焊補(bǔ)過(guò)程中一直處于高溫階段，因此在維修以后的安裝孔耐腐蝕性能會(huì)得到的明顯的下降；而在焊補(bǔ)后進(jìn)行普通鏜孔處理會(huì)顯著提升安裝孔表面的粗糙程度，對(duì)其耐腐蝕性能也將會(huì)產(chǎn)生不利影響；另外，反復(fù)對(duì)安裝孔進(jìn)行焊補(bǔ)也會(huì)降低其整體力學(xué)性能，導(dǎo)致使用壽命的縮短。結(jié)合實(shí)際的維修情況來(lái)看，相較于之間的使用，機(jī)械密封更換量顯著增加，泵的正常運(yùn)行時(shí)間也得到明顯縮短，因此，企業(yè)必須對(duì)多級(jí)臥式離心泵安裝孔的維修工藝進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。

3.2 維修方案的分析與選擇

（1）安裝可互換錐套。為了進(jìn)一步提升多級(jí)臥式離心泵泵殼機(jī)械密封安裝孔表面的抗腐蝕能力，可以在安裝孔加工的時(shí)候?qū)⑵浼庸殄F狀，并配備相應(yīng)的錐套。安裝可替換的錐套可以有效應(yīng)對(duì)安裝孔表面的腐蝕問(wèn)題，當(dāng)錐套受腐蝕比較嚴(yán)重的時(shí)候可以直接更換錐套。但是在應(yīng)用該方法的過(guò)程中也存在一定問(wèn)題，加工安裝孔為錐孔的時(shí)候會(huì)受到泵殼貫穿螺栓孔具體位置的制約，會(huì)對(duì)錐套的厚度提出一定要求，進(jìn)而將會(huì)導(dǎo)致錐套的厚度難以滿足安裝孔的運(yùn)行強(qiáng)度要求。

（2）電鍍硬鉻。電鍍硬鉻也是當(dāng)前常見(jiàn)的一種安裝孔密封方案，該方案的實(shí)施主要考慮到電鍍層具有操作成熟、吸附力強(qiáng)的特點(diǎn)，而鉻也具備著很高的耐腐蝕性能與機(jī)械強(qiáng)度，因此在安裝孔表面實(shí)施電鍍硬鉻方案具有一定的可行性。該方案在實(shí)施的過(guò)程中，為滿足電鍍要求需要先將密封安裝孔加大0.5mm，并在電鍍完成之后留出0.5mm 的機(jī)加工余量，最后再將其加工的標(biāo)準(zhǔn)的尺寸。在實(shí)際操作的過(guò)程中可以看出電鍍硬鉻也存在著較大的改良空間：一方面，對(duì)兩個(gè)安裝孔進(jìn)行電鍍處理至少需要兩周時(shí)間，因此使用電鍍硬鉻工藝的工程周期較長(zhǎng)；另一方面，電鍍液的排放會(huì)造成環(huán)境污染，而再對(duì)其進(jìn)行環(huán)保處理將會(huì)顯著提升其工藝成本，因此雖然電鍍硬鉻方案可以提升安裝孔的孔耐腐蝕性能與密封效果，但額外的限制條件使其難以在安裝孔加工中得到大規(guī)模應(yīng)用。

（3）燒焊Inconel625。結(jié)合資料分析與技術(shù)借鑒，可以在在安裝孔表面采用燒焊Inconel625 的方案，該方案的主要優(yōu)勢(shì)有：Inconel625 屬于鎳鉻鉬合金，因此具有較好的耐腐蝕性能；該方案的實(shí)施嚴(yán)格符合美國(guó)焊接協(xié)會(huì)AWS 5.14規(guī)范當(dāng)中的具體規(guī)定；而且燒焊Inconel625 可以直接在大修車間內(nèi)完成，不僅顯著節(jié)省了維修時(shí)間與維修費(fèi)用，還起到了生態(tài)環(huán)保的作用。

結(jié)合上述的三種方案可以得出，燒焊Inconel625 是其中最為理想的修理方案，在實(shí)際實(shí)施的過(guò)程中，需要在多級(jí)臥式離心泵經(jīng)過(guò)一定運(yùn)行周期以后對(duì)安裝孔進(jìn)行檢查，如果表面沒(méi)有腐蝕痕跡則不需要再進(jìn)行修理，進(jìn)而有效縮短了維修周期，間接提升了經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 安裝孔加工工藝優(yōu)化

（1）應(yīng)用特點(diǎn)與技術(shù)參數(shù)分析。臥式多級(jí)離心泵在運(yùn)行過(guò)程中沿軸線水平剖分，上泵與下泵殼之間通過(guò)纖維墊片完成密封操作，而軸承則對(duì)軸系和泵體孔位進(jìn)行定位。與此同時(shí)，所有的孔位都需要在密封完成后在在鏜床上進(jìn)行加工，保證可以將其尺寸精度與表面粗糙度控制在IT7 級(jí)、Ra3.2以內(nèi)。同時(shí)可以選擇T611B 型臥式鏜床進(jìn)行加工，進(jìn)而有效滿足密封孔技術(shù)參數(shù)的實(shí)際要求。

（2）密封孔普通鏜削技術(shù)問(wèn)題。將臥式多級(jí)離心泵固定在鏜床工作臺(tái)上以后，在使用鏜刀對(duì)密封孔進(jìn)行粗加工的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)細(xì)小的崩邊現(xiàn)象，這主要是因?yàn)闅んw材料較硬而墊片材料較軟，鏜刀在不同硬度之間過(guò)渡的時(shí)候?qū)Ξa(chǎn)生切削力的變化沖擊，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的崩邊問(wèn)題，對(duì)后續(xù)密封和安裝過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生一定程度上的不利影響。

（3）工藝及成果分析。將泵殼固定在鏜床上以后，應(yīng)保證泵殼孔系中心線與鏜床中心線保持一致；同時(shí)在加工的過(guò)程中，由平旋盤控制磨削工裝旋轉(zhuǎn)，保證砂輪可以在氣動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)下對(duì)安裝孔實(shí)施內(nèi)圓行星磨削，并預(yù)留出0.2mm的磨削余量。與此同時(shí)，需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)磨削工裝在平旋盤上的位置，有效控制加工孔的內(nèi)徑尺寸，進(jìn)而將其孔尺寸精度與表面粗糙度控制在IT7 級(jí)、Ra0.8 以內(nèi)。經(jīng)過(guò)這樣的流程，安裝孔的密封效果將會(huì)得到明顯提升，同時(shí)在完成加工以后還需要在一定周期內(nèi)完成安裝孔的檢查，在確定表面沒(méi)有腐蝕且尺寸符合公差要求的情況下就不需要在進(jìn)行維修了。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)有工藝設(shè)備和材料的基礎(chǔ)上，改善和優(yōu)化多級(jí)臥式離心泵機(jī)械密封安裝孔，通過(guò)安裝孔維修工藝評(píng)估、選擇合理的維修方案以及優(yōu)化安裝孔加工工藝，能夠有效地改善機(jī)械密封安裝孔易腐蝕的問(wèn)題，從而營(yíng)造良好的運(yùn)作環(huán)境，提升泵使用效能。