熱水輪回泵機(jī)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(huán)泵(位號:P2103/1,2,3)是2004年裝置擴(kuò)建時加裝的泵,工作介質(zhì)為高溫高壓飽和水,原熱水循環(huán)泵使用的機(jī)械密封為美國生產(chǎn),由于這種機(jī)械密封屬于進(jìn)口產(chǎn)品,是在國外生產(chǎn),存在著供貨周期長,價格昂貴,且在實際的使用中頻繁發(fā)生泄漏,機(jī)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(nèi)因機(jī)械密封泄漏更換了7套機(jī)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(yán)重影響了裝置生產(chǎn)。為節(jié)約成本,也為了使配件國產(chǎn)化,通過對熱水循環(huán)泵機(jī)械泄漏的原因分析,對該泵的機(jī)械密封進(jìn)行了國產(chǎn)改造。1、密封泄漏原因分析
熱水循環(huán)泵主要參數(shù)見表1。
表1 熱水循環(huán)泵主要參數(shù)
在多次檢修過程中將發(fā)生的機(jī)械密封解體時發(fā)現(xiàn):石墨靜環(huán)上的摩擦副接觸凸臺被磨平,端面粗糙,并有開裂現(xiàn)象。動環(huán)表面變成墨色,并且出現(xiàn)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(jī)械密封的失效原因大體有6個方面,見表2。
表2 機(jī)械密封失效原因統(tǒng)計
由表2可以看出造成機(jī)械密封失效主要原因是:設(shè)計缺陷、裝配誤差或工藝操作使用不當(dāng)。根據(jù)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(rèn)為是設(shè)計缺陷、工藝操作的因素引起的密封失效。初步判斷其機(jī)械密封失效有如下幾點:
(1)動、靜環(huán)材料選擇不合適。原機(jī)械密封使用的靜環(huán)的材質(zhì)為浸樹脂石墨,在高溫下膨脹量過大、膨脹不均勻?qū)е蚂o環(huán)密封面和動環(huán)密封面不平行,在運轉(zhuǎn)的過程中加劇了動、靜環(huán)的磨損,同時這種摩擦產(chǎn)生大量的摩擦熱,造成了靜環(huán)的熱裂,這種情況在密封解體檢查過程中多次出現(xiàn),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(huán)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(huán)起不到很好的冷卻效果。密封腔內(nèi)溫度高易使密封端面間液膜產(chǎn)生汽化,液膜承載能力降低,液膜減薄,摩擦副在不穩(wěn)定的似汽相狀態(tài)下工作,摩擦熱增加,端面溫升過大,進(jìn)而引起更多的組分汽化。如此循環(huán),最終摩擦副在干摩擦狀態(tài)下工作,使石墨靜環(huán)磨損加劇。同時,過大的端面溫升使碳化鎢動環(huán)出現(xiàn)徑向熱裂紋,輔助密封圈老化,介質(zhì)泄漏增加,密封壽命大為縮短,最終使機(jī)械密封迅速失效。
(3)彈簧選擇不合適。彈性元件在機(jī)械密封主要起補償、預(yù)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(huán)補償。因為彈簧的彈性和高溫穩(wěn)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(chǎn)生大量的摩擦熱,破壞了動、靜環(huán)端面材料原有的性能,從而進(jìn)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(tài),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(jī)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(wěn)定性,才能保證合適的彈簧比壓,從而使機(jī)械密封處于最佳的工作狀態(tài)。
(4)泵抽空。由于熱水循環(huán)泵輸送的介質(zhì)為高溫高壓飽和水,溫度達(dá)到258℃,壓力達(dá)到416MPa,在這種苛刻的工作環(huán)境下極易造成泵抽空,當(dāng)泵抽空時,泵體產(chǎn)生劇烈振動和噪聲,泵內(nèi)壓力波動較大,機(jī)械密封端面比壓隨之變化,使密封環(huán)面開啟、間歇振蕩、干摩擦、敲擊造成密封面擊潰、嚴(yán)重磨損,炸裂、不接觸、傾斜等情況。此現(xiàn)象必然導(dǎo)致密封出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài),密封失效泄漏的可能性將大大增加。
羅茨水環(huán)真空機(jī)組、羅茨旋片真空機(jī)組
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