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渣油泵机械密封失效分析及技术改进
 
慧聪网   2005年5月20日14时28分      

    乙烯装置渣油泵是裂解燃料油气提塔的塔底外送泵,它将经柴油组分混合的渣油液输送到成品罐区。该泵在实际运行中,频繁发生泄漏,机械密封在安装运行一周左右开始微漏,1~2个月内泄漏量增大,无法继续使用。严重影响了装置的环保达标和长期稳定运行。

    一、基本情况:

    该泵为单吸悬臂卧式离心泵,损坏情况如下:

    1、动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞

    2、动环和静环有环状磨损痕迹

    3、密封腔内有粘稠状聚合物、焦状颗粒等杂质

    4、弹簧锈蚀严重,被杂质和聚合物卡涩,弹性不足

    其主要技术参数如下表:

介质介质温度介质粘度流量扬程吸入/排出压力轴功率电机转数
渣油170℃7.15mm2/s8.9m3/h76m0.091MPa/0.785MPa15KW2950r/m

    二、失效分析:

    一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料与介质不相容,以及制造和安装问题等。端面比压是机械密封的重要性能参数,端面比压要在设计的范围之内(内装式机械密封一般为0.4 MPa~0.7 MPa),以保证机械密封端面良好配合,使密封面间形成有效液膜。

    端面比压的计算公式为:

    Pb=Pt+Pp-Pm

    Pb=Pt+(K-λ)P

    其中:d2=72mm  d1=37mm  d2=34mm

    弹簧比压 Pt =Ft(弹簧力)/[π/4(d22-d02)]=0.45MPa(厂家设计值)

    载荷系数 K =(d22-d02)/(d22-d12)=1.056

    膜压系数 λ=0.742

    密封腔内介质压力 P=(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa

    可以计算出原 8B1-P型机械密封端面比压 Pb 为0.586 MPa,是符合设计规范的, 在正常工作条件下是能够满足生产要求的。这和实际情况相吻合,在使用初期机械密封并不泄漏,那导致其失效的原因又是什么呢?这就必须从机械密封的工作环境入手,进行综合分析。

    E-GA103泵冲洗液来自该泵出口,经过滤器后注入E-GA103泵。在实际生产过程中,由于渣油粘度比较大,流动性差,并且渣油介质中含有粒状和粉沫状结焦物,在摩擦副周围不可避免地存在着结焦物,这对摩擦副的危害相当大。通过对冲洗系统彻底检查,发现冲洗液管严重结焦阻塞。由于该泵处于气提塔底部,管道和设备的锈蚀物以及杂质和重组份聚合物都沉积在塔底,进入泵体内的渣油含有大量的杂质和聚合物,同时由于冲洗量不足,使这些杂质和聚合物不可避免地沉积于密封腔内,造成使动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞,导致动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死,弹簧被卡涩,不能提供原设计0.586MPa的端面比压,导致密封面不能良好地贴和,液膜平衡被破坏,这时密封就会出现微漏,随着聚合物和杂质颗粒进入摩擦副端面,密封面逐渐被磨损,再加上动环轴向补偿不灵,造成密封泄漏量增加,最终导致密封彻底失效。

    三、改进措施

    根据密封的失效原因,我们有针对性地从以下几个方面进行了技术改造:

    1、改变密封结构形式

    根据该泵的具体工况条件,我们选用了艾志318型卡式单端面机械密封(集装式),其主要特点如下:

    通过自动锁紧环实现精确定心。

    可调节式压盖可直接配合常用螺栓使用,集装式结构安装方便。

    弹簧位于辅助密封圈外侧,与介质完全隔开,避免了弹簧的卡涩。

    动环采用的是整体浮动式非镶嵌,静环是通过计算机分析,设计的Z形,其优点是散热好,热量不宜积聚。 

    2、用柴油组分作冲洗液

    由于渣油组分过重并含有较多的杂质和聚合物,使冲洗管线堵死而造成机械密封损坏,所以必须选用合适的冲洗液。按照乙烯工艺流程,E-DA103塔内的混合柴油组分将与渣油混合,生成最终产品,我们认为用混合柴油作为冲洗液比较合适,原因如下:

    2.1 混合柴油组分清洁,并与渣油相容性好。

    2.2 混合柴油组分的压力和温度都适合渣油泵工况。混合柴油组分为300℃以上的馏分,而渣油的工作温度为170℃,混合柴油作冲洗液不会汽化,有效地避免了泵的汽蚀。E-DA103的塔底循环泵E-GA105泵出口压力为0.54MPa,出口温度80℃。E-GA103泵其密封腔中的压力可由以下公式估算:

    P=(入口压力+出口压力)/2=0.438MPa

    冲洗液压力比密封腔中的压力大0.1 MPa左右,是非常合适的,直接从E-GA105泵出口引入密封腔即可。

    2.3 用混合柴油组分作冲洗液是最经济的,几乎没用增加任何投入,因为这部分柴油组分最终还是要与渣油混合。

    E-GA103两台泵自2001年1月开始使用卡式机械密封,从现场情况来看密封效果非常好,运行至今仍没有任何泄漏迹象,使用寿命达到了2年以上。原8B1-P机封每套价格为960元,卡式机械密封每套2500元,两年内仅机封备件费就节约1万余元,通过去除密封冲洗,提高了泵的有效流量,经济效益是显而易见的。

    四、结束语

    通过对渣油泵机械密封结构的改造,并合理选用冲洗液,提高了机械密封的使用性能,解决了机械密封频繁泄漏的问题,降低了设备维护和维修费用,保证了装置的连续稳定生产。

 
作者:庄永福 
 
 
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