丁辛醇裝置高速泵機(jī)封泄漏分析及改進(jìn)
2023-06-13張建宇
（中國石油大慶石化公司建設(shè)公司）
在某石化公司丁辛醇裝置檢修過程中，高速泵是該裝置檢修的關(guān)鍵設(shè)備。高速泵由電機(jī)、增速箱和泵體3個(gè)部分組成。文中對該丁辛醇裝置高速泵的機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行了分析，有針對性的采取設(shè)計(jì)改造措施，收到理想改造效果。
關(guān)鍵詞：高速泵；泄漏；機(jī)械密封；改造
高速泵轉(zhuǎn)速一般為7 000 r/min，變速箱內(nèi)有3根軸，屬于立式泵。高速泵內(nèi)部密封件較多，泄露的主要原因即密封件泄露。文中結(jié)合某石化公司丁辛醇裝置檢修中丁辛醇裝置高速泵的機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行分析，并采取了多項(xiàng)改造措施。
1.高速泵機(jī)械密封泄漏原因分析
機(jī)械密封以及高位油罐密封構(gòu)成了高速泵密封系統(tǒng)。高速泵機(jī)械密封的泄露點(diǎn)主要包括軸套與軸間的密封、動(dòng)、靜環(huán)間密封、靜環(huán)與靜環(huán)座間的密封以及密封端蓋與泵體間的密封等［1］。
低壓蒸發(fā)分離器尾液泵的軸承箱側(cè)與泵殼側(cè)之間存在1個(gè)空腔，空腔的作用是一旦葉輪側(cè)機(jī)械密封或齒輪箱側(cè)機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏，保證泄漏的液體均流入空腔體內(nèi)，再從腔體出口排出泵殼外，一般用油杯存儲(chǔ)，這樣操作人員便知機(jī)封泄漏。此時(shí)需通過補(bǔ)充潤滑油來緩解漏油問題，并要定期補(bǔ)充潤滑油，丁辛醇裝置高速泵的密封油罐內(nèi)的壓力值設(shè)置為0.1 MPa，一旦低于此值就需補(bǔ)液。不僅增加成本，也解決不了根本問題，臨末只能是介質(zhì)與密封液及齒輪箱潤滑油全部流入腔內(nèi)通過油杯顯示，這樣不僅導(dǎo)致介質(zhì)大量泄露，而且還會(huì)使密封油罐內(nèi)的壓力過高，導(dǎo)致密封系統(tǒng)嚴(yán)重磨損。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械密封動(dòng)環(huán)與連接軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，不發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)。軸與軸套及動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封主要靠O形圈實(shí)現(xiàn)靜密封。而軸套的磨損則說明密封油罐內(nèi)的壓力過高，使得動(dòng)環(huán)與軸套之間發(fā)生了相對運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械密封泄露［2］。
丁辛醇的高速泵轉(zhuǎn)速達(dá)7 000 r/min。在較高轉(zhuǎn)速下，易造成端面較大的相對滑動(dòng)，并產(chǎn)生大量摩擦熱量，使介質(zhì)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。如果氣蝕量過大，對泵殼內(nèi)造成嚴(yán)重?fù)p傷，還會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)，對高速泵機(jī)械密封也會(huì)造成損傷，如果機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)磨損嚴(yán)重，將直接導(dǎo)致介質(zhì)泄漏。
2.尾液泵機(jī)封泄漏的問題
丁辛醇裝置高速泵的機(jī)械密封由3組動(dòng)靜環(huán)之間配合密封，其中葉輪側(cè)機(jī)械密封是2個(gè)靜環(huán)共用1個(gè)動(dòng)環(huán)，密封腔內(nèi)用白油進(jìn)行密封，而齒輪箱側(cè)用1組動(dòng)靜環(huán)對齒輪箱側(cè)潤滑油進(jìn)行密封。理論上，密封面產(chǎn)生的所有承載能力應(yīng)用于負(fù)荷微凸體機(jī)械接觸承載與流體膜承載。因此，在高速泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，后兩者的產(chǎn)生的承載力應(yīng)與前者的承載力相等。然而，根據(jù)對高速泵軸套的磨損情況進(jìn)行分析與計(jì)算，對于造成高速泵機(jī)械密封泄露的原因判斷中，可歸結(jié)為尾液泵在運(yùn)行過程中由于外置密封油罐內(nèi)白油壓力過大導(dǎo)致葉輪側(cè)動(dòng)靜環(huán)之間磨損嚴(yán)重，造成尾液泵的機(jī)封泄漏。還有1種可能是密封O型圈是丁苯橡膠材質(zhì)，不耐油，造成O型圈膨脹，是動(dòng)靜環(huán)之間承受來自O(shè)型圈的膨脹壓力，導(dǎo)致機(jī)封泄漏。
3.尾液泵機(jī)封的改造
通過對高速泵機(jī)械密封泄露原因的分析，結(jié)合高速泵實(shí)際裝配、使用情況，總結(jié)出消除高速泵機(jī)封泄露現(xiàn)象關(guān)鍵要降低高速泵泵體中機(jī)封面的載荷，而增加磨損軸套裝配間隙的方法有效。
3.1 靜環(huán)和O型圈的改造
大多數(shù)機(jī)械密封的靜環(huán)選用樹脂石墨，而石墨環(huán)在高速泵高轉(zhuǎn)速運(yùn)作過程中發(fā)生磨損產(chǎn)生的粉末會(huì)隨著軸承運(yùn)動(dòng)聚集在O型圈處，尤其是當(dāng)粉末聚集在聚四氟乙烯刃形的密封處，不但會(huì)使密封刃產(chǎn)生壓痕，嚴(yán)重時(shí)還將影響補(bǔ)償環(huán)作用的發(fā)揮。在改造過程中，靜環(huán)選用了強(qiáng)度高耐高溫以及摩擦性能較好的浸銀石墨環(huán)，以保障高速泵運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。
保證O型圈彈性對保障高速泵的機(jī)械密封性能極為關(guān)鍵。根據(jù)對O型圈膨脹原因的分析可知，丁苯橡膠不耐白油，需要將O型圈的密封材質(zhì)更換為耐油的全氟醚橡膠。丁辛醇裝置高速泵密封圈的數(shù)量非常多，多次泄漏的原因均源于O型圈，因此選擇O型圈時(shí)要考慮所接觸的介質(zhì)，需有效保障O形圈密封效果，提高機(jī)械密封的可靠性。
3.2 51D及51C動(dòng)環(huán)的改造
對于丁辛醇裝置高速泵機(jī)封（51D及51C）而言，其端面比壓值具有密封端面2側(cè)的壓力為零的特點(diǎn)，所以若是高速泵機(jī)械密封的端面比壓值較大，反而會(huì)使機(jī)械密封磨損加劇。因此對于高速泵機(jī)械密封的改造應(yīng)在保持原有的端面比壓不變的基礎(chǔ)上對動(dòng)環(huán)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，采取新的變動(dòng)環(huán)的材質(zhì)和結(jié)構(gòu)。動(dòng)環(huán)的材質(zhì)可選用硬質(zhì)的合金材料，軸套選用314材質(zhì)，同時(shí)需加大動(dòng)環(huán)厚度［4］。
3.3 尾液泵的吸入側(cè)改造
丁辛醇裝置高速泵入口處一般未設(shè)置Y形過濾器，導(dǎo)致大量的雜質(zhì)就會(huì)從入口進(jìn)入到高速泵的內(nèi)部，導(dǎo)致其機(jī)械密封的泄露的進(jìn)一步嚴(yán)重化。因此，在對高速泵進(jìn)行安裝時(shí)必須?介質(zhì)的入口處安裝1個(gè)Y形過濾器，以便達(dá)到過濾大量顆粒雜塵，改善丁辛醇裝置此類高速泵的工作環(huán)境。
（4）靜環(huán)補(bǔ)償元件的設(shè)計(jì)改造
丁辛醇裝置的高速泵整體泵腔的尺寸無法調(diào)整，一般通過增加補(bǔ)償元件的補(bǔ)償量來改善效果。必須注意的是，一般的補(bǔ)償元件采用多彈簧的形式。使用彈簧的缺點(diǎn)是如果增大彈簧的補(bǔ)償量，時(shí)間過長將會(huì)導(dǎo)致彈簧失效［5］。
除此之外，由于丁辛醇的高速泵產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速可達(dá)10 275 r/min，因此，此類高速泵在高速運(yùn)作時(shí)導(dǎo)致的高速振動(dòng)，也是高速泵發(fā)生機(jī)械密封泄露的因素之一。所以為改善尾液泵機(jī)封泄露的情況，需要對補(bǔ)償元件進(jìn)行進(jìn)一步的改造或選型。鑒于此，可供使用的具體方法就是在不對軸向尺寸進(jìn)行調(diào)整的前提下，調(diào)整、改變靜環(huán)彈性元件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)。往往補(bǔ)償元件采用波紋管的形式會(huì)更優(yōu)于彈簧的形式，較好發(fā)揮密封的補(bǔ)償性能，更加有效的降低補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的摩擦力，進(jìn)而改善了靜環(huán)的隨意性。此外，相對與多彈簧機(jī)構(gòu)，金屬波紋管能夠有效的彌補(bǔ)尾液泵高速旋轉(zhuǎn)彈性補(bǔ)償?shù)牟蛔?。同時(shí)，在加上對靜環(huán)及動(dòng)環(huán)的大力的改造創(chuàng)新下，大大延長了丁辛醇裝置此類高速泵機(jī)封的使用壽命，提高了工作效率。
4.結(jié)束語
某石化丁辛醇裝置在高速泵長期頻繁的檢修過程中，經(jīng)過一系列的泄露原因分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在機(jī)械密封改造上取得重大突破，不僅提高了工作效率，避免不必要的切換停車時(shí)間，節(jié)省了檢修人員的用工成本，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本，確保了生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)長效。
來源：《煉油與化工》
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