高速泵機械密封泄漏原因分析及改造

     乙烯裝置丙烯外送泵（位號E－GA301A／B）為下游聚丙烯裝置提供原料，該泵對于整個聚丙烯裝置具有極其重要的作用，反應(yīng)所用的液態(tài)丙烯全部都由它來供給，所以一旦該泵出現(xiàn)問題，則將導(dǎo)致整個乙烯、聚丙烯裝置停車，該泵自2001年4月投用以來，兩臺泵曾多次發(fā)生潤滑油、密封液和丙烯泄漏故障。雖經(jīng)多次檢修，更換新的機械密封部件，但效果甚微。該泵頻繁故障，不但損耗了大量丙烯，增加了檢修費用，而且還給整個聚丙烯裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)帶來了很大的隱患。我們通過分析其泄漏的原因，有針對性地進行了綜合改造，受到了良好效果。

    一、基本情況：
    E－GA301泵為型號為GSB的立式高速泵，航天工業(yè)總公司第十一研究所制造。由電機、增速器、泵體、強制潤滑系統(tǒng)、密封液循環(huán)系統(tǒng)等部分組成。
增速器為二級齒輪增速，輸入軸轉(zhuǎn)速即電動機轉(zhuǎn)速為2950R／M，輸出軸轉(zhuǎn)速為10275R／M，兩軸封采用了不同的形式。上軸封（即輸入軸軸封）為唇形密封（橡膠骨架唇封），下軸封（即輸出軸軸封）為機械密封，其代號為：60C，增速器內(nèi)裝有潤滑油，由強制潤滑系統(tǒng)進行循環(huán)，對下部機封進行潤滑、冷卻。
    泵體部分的軸封為兩套串聯(lián)的機械密封，上部機械密封代號為60B，下部機械密封代號為60A。兩套機械密封之間的密封腔充滿密封油，在密封液補給循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)（包括一個密封油罐）進行循環(huán)，對機械密封進行潤滑、冷卻。
    這三套機械密封都由如下部件組成：動環(huán)、靜環(huán)、推環(huán)、彈簧、彈簧座、輔助密封圈、卡環(huán)等。椎環(huán)、彈簧、彈簧座以及卡環(huán)，輔助密封圈有“O”形橡膠圈和PTFE楔形環(huán)，靜環(huán)材料都為石墨（M106K）。其動環(huán)材料有所不同，60A和60C的動環(huán)都是由硬質(zhì)合金YG6制成的，而60B的動環(huán)，其基體材質(zhì)為OCRL8N112M02TI，在其密封端面上堆焊有一層厚度為1.5MM的硬質(zhì)合金。

    二、機械密封泄漏分析：
    高速泵增速器與泵體之間有一空腔，泄漏的潤滑油和密封油都積聚在這里，經(jīng)排油孔引至泵體外的油杯中。該泵自投用以后，就有油漏出流到油杯里，每隔3—5天就需要給泵增速器油箱補加潤滑油。在運轉(zhuǎn)1—2個月后，機械密封密封性能開始惡化，密封油向外泄漏，油杯及密封油罐內(nèi)油的顏色變?yōu)楹谏㈤_始有丙烯竄至密封腔進入密封油罐和油杯中，泵體振動加大，最后丙烯大量泄漏，導(dǎo)致密封油罐壓力高報警而停車。對高速泵進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)機械密封60B靜環(huán)密封端面已破損，動環(huán)端面上粘有一圈黑色石墨粉，60A磨損比較嚴重，60C僅有輕微磨痕。

    三、改造方案：
    1、60A靜環(huán)和輔助密封圈的改造
    60A摩擦副的靜環(huán)為浸樹脂石墨，在介質(zhì)為輕烴類、高速的情況下，浸樹脂石墨材料工作性能較好。但是，浸樹脂石墨環(huán)在工作的過程中，磨損粉末如果聚集在輔助密封圈處，特別是聚四氟乙烯刃形密封處，會使密封刃產(chǎn)生壓痕，甚至還會阻礙補償環(huán)的補償作用。在改造中，選用了強度高、摩擦性能和耐溫性較好的浸銀石墨環(huán)。保持系統(tǒng)操作的穩(wěn)定性。
    要保證密封性能，輔助密封圈應(yīng)具有良好的彈性?；谝陨陷o助密封圈的失效分析，將輔助密封圈由聚四氟乙烯楔形圈改為氟橡膠0形圈，同時安裝一個矩形截面的填充聚四氟乙烯墊圈，墊圈的內(nèi)徑與密封體接觸部位緊密貼合，防止固體顆粒進入密封圈密封面。另外，由于介質(zhì)壓力較高，該墊圈還可以起到防止橡膠圈被擠出的作用。此外，0形密封圈采用軸向浮動安裝結(jié)構(gòu)，由于彈簧力通過矩形推環(huán)直接作用在補償環(huán)上，當(dāng)補償環(huán)補償移動時，0形圈上的移動點有兩個。這樣做既保證了補償環(huán)的補償作用，又保證了輔助0形圈的密封作用，從而提高密封的可靠性。由于橡膠密封圈的摩擦力大，也可以增大補償環(huán)在非正常操作時的緩沖作用，保護摩擦端面。
    2、60B動環(huán)改造
    增速器側(cè)機械密封60B的端面比壓值雖然偏小，但是其密封端面兩側(cè)壓力為零，泵轉(zhuǎn)速又很高，因此采用大的端面比壓值反而會加劇其磨損。因此，采取了不改變端面比壓，只改變動環(huán)的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)，將原來的動環(huán)重新設(shè)計。
    經(jīng)改造后的密封，自2001年11月投入運行后運轉(zhuǎn)至今，運轉(zhuǎn)狀況良好，累計正常運行時間超過2年，至今未發(fā)生泄漏，密封效果非常好。僅配件和安裝方面的經(jīng)濟效益就非常著。

    四、小結(jié)
    針對高速泵機械密封泄漏的原因，通過對3套密封采用綜合改造，延長了高速泵的維修周期，徹底消除了這一不安全的隱患，很好地解決了問題。這種方法對解決工況相似的設(shè)備泄漏問題，有一定的參考價值。