成功解决焦油泵机械密封频繁泄露问题

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摘 要：文中通过对兰州石化公司乙烯车间现场焦油泵机械密封泄漏的考察，找出了此机封高频率损坏的可能原因，加大了低压蒸汽冲洗量，提出了改进措施及数字依据，并查阅相关资料对机械密封装配做出了相关要求，现使焦油泵运转正常，从而使机械密封使用寿命增加。

关键词：焦油泵 机械密封 低压蒸汽 冲洗量 装配

一、观察发现问题

乙烯厂乙烯车间使用嘉利特荏原泵业有限公司生产的离心泵，泵内介质为焦油。兰州石化公司使用此泵输送介质焦油，但使用状况欠佳， 每只机封平均寿命为3504h，但经查此泵原始资料，该机械密封正常可以运行8000 h，实际使用时间不到理论的二分之一。在此泵使用过程中，介质焦油频繁泄露，由于焦油密度大、粘度大、有颗粒物，所以对此焦油泵体和机封有较为严重的影响，而且焦油由泵体泄漏流向外界，对现场周围环境造成严重的破坏，更为重要的是化工厂高温高压易燃易爆流程管线较多，而焦油的频繁泄露对厂中的生产伏下了极为危险的安全隐患，岗位人员多次处理更换其密封装置，但代价颇大收益略小，并无明显改观。

二、调查分析、解决问题

1.调查分析相关参数

焦油参数见表2-1、机封材料见表2-1：

2.通过理论计算分析解决问题

2.1介质本身对泵体及机械密封装置的影响

介质焦油是一种密度、温度、粘度都较高的黑色带有特殊臭味的粘稠状液体。由于其密度、粘度较大，其中又含有固体颗粒，所以对输送它的机泵有一定的损害性：1）因为其密度很大，粘度高，所以极易在泵体内造成其它管线的堵塞。2）由于其含有颗粒物质，所以机泵在长期的运转过程中，存在的颗粒将磨损机封上的动静环，造成动静环损坏从而丧失密封性能。

2.2 机械密封装置理论计算[1]

机械密封设计中通常先根据经验算法计算出PcV，然后以此为依据进行材料选择和结构设计， 因此对此机械密封使用工况重新进行理论计算也是以此为依据。

Pc=Psp+（ B- Km） Ps （2-1）

式中， Psp： 弹簧比载荷， 实际值为0.10MPa；

B： 平衡比， 流体压力实际作用的有效面积与密封名义接触面积之比：

B= （ 702- 602）/（ 702- 642） =1.62；

Km： 膜压系数，对于黏度大和性能好的介质， 一般可取0.5～0.7MPa，此密封工作介质为性能较好焦油， 可以选择Km=0.6；

Ps： 系统压差， Ps=1.3MPa。

则：Pc=Psp+（B-Km）Ps=0.10+（1.62-0.6）×1.3=1.43MPa

v=Rm×ω （2-2）

式中， v： 密封面周速度Rm；

密封面平均半径Rm=（R2+R1） /2=（ 35+32） /2=33.5mm=0.0335m；ω： 角速度， rad・s- 1， ω=2πn/60； n： 转速n=2970r/min。

v=Rm×ω=0.0335×2π×2970/60=10.4m/s

则：PcV=1.43×10.4=14.87MPa・m/s

焦油泵摩擦副为静环和动环， 静环的材料为石墨， 动环材料为不锈钢， 这两种材料所组成的摩擦副在介质为油的工况下的PcV值为30以上， 大于实际的14.87，所以此机械密封设计合理。由此可以判定故障原因排除了机械密封设计中材料和尺寸的选择。

2.3 焦油泵泄露原因探寻

由以上机械密封经验公式理论计算可得：此机械密封在设计和材质选用上均无明显问题。然而却使得此泵在运行过程中频繁发生泄露现象，多次更换机封装置。本人百思不得其解，多次与初分馏岗位人员交流，向他们从工艺介质、安装维护等多方面询问其主要原因。慢慢的对此泵蒸汽冲洗量产生怀疑，此焦油泵在装置现场共有3台，正常位开2备1，本人将正常开启的2台同时做实验：一台将蒸汽冲洗阀门开1/3，另一台将蒸汽阀门开2/3。在这2台泵同时开启101天后，蒸汽冲洗阀门开1/3的焦油泵发生机械密封泄漏。将此泵更换机械密封后，调整蒸汽阀开度为2/3，2台泵继续同时运行300天，运行状态良好，确认焦油泵机械密封频繁泄漏与冲洗蒸汽进汽量有直接关系。

2.4 焦油泵机械密封装置冲洗方式分析

此焦油泵机械密封装置冲洗物质为低压蒸汽，其冲洗目的是为了将介质焦油和其中残留的固体颗粒及时的冲走，防止焦油及其所附颗粒冷却后附着在机封装置上，长期损坏密封表面，从而导致密封失效。然而，在此泵经常泄露，导致多次更换其密封装置也不见其效，但在开大低压蒸汽冲洗量后却有了明显改观，至此，则可以断定：低压蒸汽冲洗量不够，使得介质焦油和其中残留的固体颗粒附着在密封装置上，长期损害密封面是此焦油泵机械密封多次失效的主要原因。

虽然现已找到机械密封失效导致介质焦油泄露的主要原因，然而，只是将冲洗液――低压蒸汽管线的出口量开大则可以基本解决此泵机封泄漏所存在的问题，但到底蒸汽通过量为多大才合适此泵，本人查阅相关资料，对其具体使用多大的冲洗量便可以起到保护机封装置，使其避免被介质焦油和其所附颗粒损害做了相关数据计算。

2.5 焦油泵低压蒸汽冲洗量理论计算[1]

通过上述理论计算及故障分析后可知，导致机械密封失效的原因可以初步认定为低压蒸汽冲洗量不足， 因而对此相应的理论计算。根据机械密封设计计算手册的查阅， 得到冲洗量的计算公式为：

Qx=60fPgVAf/（ ρCTx） （2-3）

式中， f：摩擦系数，考虑到安全起见，一般取较大数值，f=0.2-0.3；

Pg： 比载荷，N/cm2， Pg=Psp+BPs=0.10+1.62*1.3=2.2MPa=220N/cm2；

V ： 密封面周速度， V=10.4m/s；

Af： 密封面面积， cm2， Af=π（ 352- 322） ×10- 2=6.31cm2；

ρ： 密封介质的密度， kg/L， ρ=0.966kg/L；

C： 冲洗液的比热， C=2100J/（ kg？℃） ；

Tx： 冲洗液出入口温差， 一般情况下， 清水取2～3℃， 油取10℃。

Qx=60×0.3×220×10.4×6.31/（0.966×2100×3）

=42.7L/min

根据以上计算结果， 可取冲洗量为45L/min。

参考文献

[1]顾永泉. 机械密封手册. 北京：机械工业出版社，2001

[2]刘亚洲. 泵机械密封运行过程的维护与检修安装[ J ]. 与密封， 2006 （12） ： 210-211

[3]顾永泉. 机械端面密封[M ]. 东营： 石油大学出版社，1994.

[4]顾永泉.机械密封实用技术.北京： 机械工业出版社， 2004