熱水輪回泵機械密封的生效綜合及革新
我廠80萬t/年催化裂化裝置取熱器所用的3臺型號為ZF25025500型熱水循環泵(位號:P2103/1,2,3)是2004年裝置擴建時加裝的泵,工作介質為高溫高壓飽和水,原熱水循環泵使用的機械密封為美國生產,由于這種機械密封屬于進口產品,是在國外生產,存在著供貨周期長,價格昂貴,且在實際的使用中頻繁發生泄漏,機械密封的使用周期最長為165天,最短僅為19天,平均壽命為70天,在使用的短短的9個月的時間內因機械密封泄漏更換了7套機械密封,造成了很大的浪費,同時也帶來巨大的檢修工作量,嚴重影響了裝置生產。為節約成本,也為了使配件國產化,通過對熱水循環泵機械泄漏的原因分析,對該泵的機械密封進行了國產改造。1、密封泄漏原因分析
熱水循環泵主要參數見表1。
表1 熱水循環泵主要參數
在多次檢修過程中將發生的機械密封解體時發現:石墨靜環上的摩擦副接觸凸臺被磨平,端面粗糙,并有開裂現象。動環表面變成墨色,并且出現徑向裂紋。輔助密封圈老化失效,摩擦副處密封軸套有燒傷痕跡。一般來說,機械密封的失效原因大體有6個方面,見表2。
表2 機械密封失效原因統計
由表2可以看出造成機械密封失效主要原因是:設計缺陷、裝配誤差或工藝操作使用不當。根據該泵密封使用情況和失效后的損壞情況,除密封失效及壽命短外,其余一切情況正常,因此,可以排除裝配誤差,大致可以認為是設計缺陷、工藝操作的因素引起的密封失效。初步判斷其機械密封失效有如下幾點:
(1)動、靜環材料選擇不合適。原機械密封使用的靜環的材質為浸樹脂石墨,在高溫下膨脹量過大、膨脹不均勻導致靜環密封面和動環密封面不平行,在運轉的過程中加劇了動、靜環的磨損,同時這種摩擦產生大量的摩擦熱,造成了靜環的熱裂,這種情況在密封解體檢查過程中多次出現,是造成密封泄漏的主要原因。
(2)密封的自沖洗水量太小。由于循環熱水溫度高,而通過密封的沖洗水量太小、流速過慢,對動、靜環起不到很好的冷卻效果。密封腔內溫度高易使密封端面間液膜產生汽化,液膜承載能力降低,液膜減薄,摩擦副在不穩定的似汽相狀態下工作,摩擦熱增加,端面溫升過大,進而引起更多的組分汽化。如此循環,最終摩擦副在干摩擦狀態下工作,使石墨靜環磨損加劇。同時,過大的端面溫升使碳化鎢動環出現徑向熱裂紋,輔助密封圈老化,介質泄漏增加,密封壽命大為縮短,最終使機械密封迅速失效。
(3)彈簧選擇不合適。彈性元件在機械密封主要起補償、預緊及緩沖作用,要求始終保持彈性,才能保證端面摩擦副緊密貼合和動環補償。因為彈簧的彈性和高溫穩定性直接決定端面密封比壓的大小,比壓過大,一方面會造成密封面之間的潤滑液膜厚度減小,磨損加劇,另一方面也由于密封端面產生大量的摩擦熱,破壞了動、靜環端面材料原有的性能,從而進一步加劇了密封端面的摩擦,造成熱裂。端面比壓過小,密封端面處于液體摩擦狀態,彈簧在高溫作用下,彈力降低、甚至完全失去彈性,以致不能保證端面摩擦副貼合,此時機械密封的密封性能將無法保證。所以,正確選擇彈簧材料,特別是彈簧的高溫強度和穩定性,才能保證合適的彈簧比壓,從而使機械密封處于最佳的工作狀態。
(4)泵抽空。由于熱水循環泵輸送的介質為高溫高壓飽和水,溫度達到258℃,壓力達到416MPa,在這種苛刻的工作環境下極易造成泵抽空,當泵抽空時,泵體產生劇烈振動和噪聲,泵內壓力波動較大,機械密封端面比壓隨之變化,使密封環面開啟、間歇振蕩、干摩擦、敲擊造成密封面擊潰、嚴重磨損,炸裂、不接觸、傾斜等情況。此現象必然導致密封出現不穩定的工作狀態,密封失效泄漏的可能性將大大增加。
羅茨水環真空機組、羅茨旋片真空機組
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