高温高压泵机械密封泄漏的分析与改造

高温高压泵在化工生产中起到很重要的作用,然而在运行的过程中却经常会出现问题,最主要问题就是其驱动端与非驱动端机械密封经常泄漏,并且泄漏量很大严重时,一天的泄漏量能装一桶润滑油,这种泄漏状态给装置的平稳运行和环境保护造成了很大的压力,因此,长沙中联泵业在分析了泄漏原因以后提出了相应的改造方案。

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案例：某一高温高压多级离心泵是某厂核心设备,故障后全厂化工系统都无法正常运转,而且维修周期较长,会给厂区的的安全稳定生产带来极大的隐患。2014年因液位指示有误,甲醇洗中压闪蒸塔上段液位指示瞬间归零,进而造成泵入口断液,泵出口流量由降为零。该多级离心泵在缺液运行过程中,发生了强烈的气蚀、振动和发热,造成该泵损坏非常严重,转子与口环抱死、主轴弯曲变形、泵壳变形、机械密封损坏。后经拆解发现一、二、三、四级泵体口环与叶轮口环磨损严重中间节流套及衬套磨损严重,局部有咬合现象,表面因受高温而发蓝变色凹。

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高温高压泵机封泄漏原因：

1.机泵长周期的运行

运行时间长是造成高温高压泵机封泄漏的要原因之一,具体现象为:高温高压多级泵机械密封在长时间的运行之后,整个转子的轴向窜量会越来越大,轴与辅助密封的过盈量越来越大,动环与轴的摩擦力也会越来越大,在高温高压多级泵的运行过程中动静环磨损却得不到位移补偿,解决这种现象的办法是:定期将高温高压多级泵切换运行对机封进行检查和维护,回装时一定注意轴向窜量要小于0.1mm,轴与辅助密封在安装时也不能过紧,要保证动环可以在轴上灵活转动。高温高压多级离心泵在运行的过程中,很有可能会出现泵轴的周期性振动。这种现象会极大的影响高温高压多级泵机械密封的使用寿命,解决的办法是:参照国家标准进行检维修,避免这种现象造成的机械密封失效。介质不干净,如果介质中颗粒较大,会造成摩擦副的泄漏,要及时清理泵入口的过滤器。介质腐蚀性较大,如果密封圈被介质腐蚀造成泄漏,就要考虑提高材质的等级了

2.运行环境恶劣

对于一些运行环境恶劣的离心泵来说,机械密封难以满足工作介质要求在运行了一段时间以后就会发生机械密封泄漏的情况。

第一,弹性元件损坏引起泄漏。对于一些工作介质易结晶或者含杂质较多的离心泵来说,在将其解体检修时,会发现其所用机械密封的弹性元件被结晶物或杂质垢结堵塞,从而使弹性元件失去弹性,失弹的弹性元件无法给予动环应有的轴向补偿,从而导致机械密封出现泄漏的情况

第二,辅助密封圈损坏引起泄漏。若工作介质温度过高,或者工作介质中含有弱酸、弱碱等腐蚀性物质,可能会使机械密封的辅助密封圈发生老化、泡胀等情况,造成了机械密封的泄漏。所以在高温、酸性或者碱性的工作环境中,机械密封的辅助密封圈所用的橡胶材质应选择那种能耐高温、耐酸碱的氟橡胶。

第三,细小颗粒物杂质损坏密封面引起泄漏当弹性元件失弹,动环得不到轴向补偿的时候,细小颗粒物杂质会随着工作介质进入到密封端面间,这会划伤或者加快磨损密封面,破坏两密封端面之间的紧密贴合程度,从而使机械密封岀现泄漏。对于这种情况可选用硬对硬的摩擦副材质,比如碳化硅对硬质合金的摩擦副。

3.现场操作人员的经验不足

高温高压泵安裝时一定要严格按照国家标准,尽量避免因为安装原因导致的机械密封失效。高温高压多级泵运行过程中出现的泄漏泵用机械密封在静试后,高温高压多级离心泵运行时产生的离心力会阻碍介质的泄漏。所以运行时的机封泄漏大多是因为动静环摩擦副磨损所导致的。造成的原因有以下几点:

第一,场操作人员缺乏经验、操作不正当造成摩擦面分离;

第二,安装时过紧,导致摩擦面磨损；

第三,如果动环密封圈过紧会造成弹簧无法调整；

第四,介质不干净,有颗粒物进入摩擦副,造成动静环磨损。

高温高压泵机封泄漏改造方案：

针对故障原因,对多级泵泵口环及节流套进行改造将，原来平口环结构改造为迷宫油封,既能有效阻止介质中的硬颗粒进入口环摩擦副对配合面进行腐蚀,增加泄漏阻力提高泵的使用性能,也能防止口环配合面咬合抱死。

具体来讲:相对于平口环结构,在与主轴保持相同的配合间隙下,迷宫口环由于在旋转轴周围依次排列着许多环形密封齿,介质在迷宫中流动时,具有更大的摩阻效应,使得流速更慢,流量更少,因此泵的泄漏损失更少,效率更高。将多级泵的口环设计成迷宫口环后,因叶轮口环与泵体口环之间的接触面积变小,且迷宫齿之间有一定的空间,因此介质的硬质颗粒进入口环后能够在迷宫齿之间的空间停留,减小了转子与泵体口环咬合抱死的概率。由于加工迷宫齿,需将原泵体口环的分半形式改造为整体形式,以便保证加工精度,改造后虽拆装口环时需要逐级拆卸叶轮,拆除工作量增加,但是整体口环结构可增强摩擦副配合的准确性与加工精度,使泵的运行更加稳定可靠。