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堿液循環(huán)泵機(jī)械密封失效分析及改進(jìn)

2016-12-08

乙烯裝置壓縮系統(tǒng)濃堿液循環(huán)泵是堿洗塔的塔底循環(huán)泵,它將經(jīng)裂解氣堿洗過的堿液輸送到塔頂,使堿液循環(huán)使用。該泵在實(shí)際運(yùn)行中,頻繁發(fā)生泄漏,機(jī)械密封在安裝運(yùn)行一周左右開始微漏,12個(gè)月內(nèi)泄漏量增大,無法繼續(xù)使用。嚴(yán)重影響了裝置的環(huán)保達(dá)標(biāo)和長期穩(wěn)定運(yùn)行。 

基本情況: 

該泵為單吸懸臂臥式離心泵,主要??技術(shù)參數(shù)如下表: 

介質(zhì)成份 含膠狀、顆粒雜質(zhì)的20NaOH液體 ??

介質(zhì)溫度 45 ??

介質(zhì)粘度 1070CP ??

流量 30m3/h ??

揚(yáng)程 18m ??

吸入壓力 1.078MPa ??

排出壓力 1.272MPa ??

軸功率 2.7KW ??

電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) 2950r/m ??

將失效后的耐斯特機(jī)械密封解體,其損壞情況如下: 

1)動環(huán)和動環(huán)座、軸套間的間隙被阻塞 ??

2)動環(huán)和靜環(huán)有環(huán)狀磨損痕跡 ??

3)密封腔內(nèi)有焦?fàn)罹酆衔?、顆粒等雜質(zhì)和結(jié)晶物 ??

4)彈簧銹蝕嚴(yán)重,被雜質(zhì)和結(jié)晶物卡澀,彈性不足 ??

失效分析: 

一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料與介質(zhì)不相容,以及制造和安裝問題等。端面比壓是機(jī)械密封的重要性能參數(shù),端面比壓要在設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi)(內(nèi)裝式機(jī)械密封一般為0.2 MPa0.4 MPa,以保證機(jī)械密封端面良好配合,使密封面間形成有效液膜。 ??

Fb(端面受力)= Ft(彈簧力)+Fp(介質(zhì)作用壓力)-Fm(液膜作用壓力),端面比壓的計(jì)算公式為: ??

PbPt PpPm ??

PbPt +(K-λ)P ??

其中: d250mm d132mm d238mm ??

彈簧比壓 Pt Ft(彈簧力)/[π/4d22d02)]=0.3MPa(廠家設(shè)計(jì)值) ??

載荷系數(shù) K =(d22d02)/(d22d12)=0.715 ??

膜壓系數(shù) λ=0.742 ??

介質(zhì)壓力 P0.45 MPa ??

可以計(jì)算出原 8B1-P型機(jī)械密封端面比壓 Pb 0.28 MPa,是符合設(shè)計(jì)規(guī)范的在正常工作條件下是能夠滿足生產(chǎn)要求的。這和實(shí)際情況相吻合,在使用初期機(jī)械密封并不泄漏,那導(dǎo)致其失效的原因又是什么呢?這就必須從機(jī)械密封的工作環(huán)境入手,進(jìn)行綜合分析。 ??

由于該泵處于堿洗塔底部,管道和設(shè)備的銹蝕物以及裂解氣中的雜質(zhì)和重組份聚合物都沉積在塔底,同時(shí)塔內(nèi)NaOHH2SCO2組分發(fā)生反應(yīng),生成的Na2S、Na2CO3會產(chǎn)生結(jié)晶物。泵入口濾網(wǎng)原為40目,在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常堵塞,使泵抽空,我們把濾網(wǎng)改為20,基本解決了入口堵塞問題,這同時(shí)也造成進(jìn)入泵體內(nèi)的堿液含有大量的雜質(zhì)和結(jié)晶物,由于采用自身沖洗方式,這些雜質(zhì)和結(jié)晶物不可避免地沉積于密封腔內(nèi)。使動環(huán)和動環(huán)座、軸套間的間隙被阻塞,導(dǎo)致動環(huán)在軸向的動作不靈活甚至被卡死,彈簧被腐蝕卡澀,彈性不足,不能提供原設(shè)計(jì)0.28 MPa的端面比壓,導(dǎo)致密封面不能良好地貼和,液膜平衡被破壞,這時(shí)密封就會出現(xiàn)微漏,隨著結(jié)晶物和雜質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦副端面,密封面逐漸被磨損,再加上動環(huán)軸向補(bǔ)償不靈,造成密封泄漏量增加,最終導(dǎo)致密封徹底失效。 ??

改進(jìn)措施 

根據(jù)密封的失效原因,我們有針對性地從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了技術(shù)改造: ??

1 改變密封結(jié)構(gòu)形式 ??

由于介質(zhì)是含有雜質(zhì)的堿液,從密封結(jié)構(gòu)上來看采用靜環(huán)補(bǔ)償比原設(shè)計(jì)的動環(huán)補(bǔ)償更為適合。根據(jù)該泵的具體工況條件,我們選用了艾格3055型卡式單端面機(jī)械密封(集裝式),其主要特點(diǎn)如下: ??

通過自動鎖緊環(huán)實(shí)現(xiàn)精確定心。 ??

可調(diào)節(jié)式壓蓋可直接配合常用螺栓使用,集裝式結(jié)構(gòu)安裝方便。 ??

靜環(huán)和軸套的間隙不在介質(zhì)側(cè),保證了靜環(huán)軸向補(bǔ)償?shù)撵`活性。 ??

彈簧位于輔助密封圈外側(cè),與介質(zhì)完全隔開,避免了彈簧的腐蝕和卡澀。 ??

2 改變摩擦副材質(zhì),去除密封沖洗 ??

卡式密封動環(huán)和靜環(huán)材料均采用碳化鎢,碳化鎢具有極高的強(qiáng)度和硬度,良好的耐磨性和抗腐蝕性,這就使雜質(zhì)和結(jié)晶物難以對其造成損壞,同時(shí)碳化鎢摩擦副具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性,線性膨脹系數(shù)很小,使其能夠在較高的溫度下保持良好的密封性。輔助密封環(huán)材質(zhì)我們選用氟橡膠FPM2461,它耐腐蝕、彈性好,最高工作溫度為250℃。 ??

由于堿液中含有雜質(zhì)和結(jié)晶物,原機(jī)封采用的自身反沖洗形式難以達(dá)到預(yù)期的目的,生產(chǎn)現(xiàn)場又無適合作沖洗液的其它介質(zhì)。有上述條件作保證,再加上介質(zhì)工作溫度不高(45℃),3055型卡式機(jī)械密封在去除自沖洗的條件下,完全可以正常運(yùn)行,這既能降低沖洗帶來的能耗、物耗損失,又能簡化機(jī)械密封的日常維護(hù)。 

通過對堿泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的合理選型,結(jié)合選用合適的摩擦副、輔助O型圈材質(zhì),提高了機(jī)械密封的使用性能,使之在去除密封沖洗的條件下,仍能穩(wěn)定工作。降低了設(shè)備維護(hù)和維修費(fèi)用,保證了裝置的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。??

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