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高溫介質(zhì)泵機(jī)械密封存在的問題

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高溫介質(zhì)泵機(jī)械密封存在的問題

發(fā)布日期:2019-03-02 作者:東臺(tái)市光明機(jī)械密封有限公司 點(diǎn)擊:

以煉油行業(yè)為例,目前,國內(nèi)外高溫?zé)嵊捅闷毡椴捎媒佑|式波紋管單端面機(jī)械密封,國產(chǎn)波紋管機(jī)械密封的使用壽命平均一年左右,進(jìn)口波紋管機(jī)械密封可達(dá)兩年以上,但基木上必須采用各種沖洗和冷卻等措施(圖9一1),以降低摩擦溫升,防止結(jié)焦、熱裂、波紋管失彈、波紋管斷裂、泵抽空、密封件老化等而導(dǎo)致密封失效。為此,必然消耗大量的沖洗油和冷卻水,造成運(yùn)行費(fèi)用高(初步估計(jì),一臺(tái)熱油泵年沖洗冷卻所需運(yùn)行費(fèi)用超過10萬元),能耗量大,而且密封可靠性差,安全性低,維修成本高。

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對(duì)高溫?zé)嵊捅糜貌y管機(jī)械密封API682標(biāo)準(zhǔn)中給出了方案21(圖9一2)和方案32(圖9一3)兩種沖洗和冷卻輔助措施。

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方案21為自沖洗加靜環(huán)背面急冷措施。自沖洗即把泵出口增壓的高溫?zé)嵊徒?jīng)冷卻降溫后引至密封腔,對(duì)密封件進(jìn)行直接冷卻降溫;同時(shí),一般對(duì)靜環(huán)背面注人冷卻水對(duì)其進(jìn)行急冷降溫,并把泄漏物及時(shí)排除以避免在密封部位積聚。該方案適用于輸送介質(zhì)比較潔凈的高溫?zé)嵊捅谩7桨?2則是外沖洗加靜環(huán)背面急冷措施。外沖洗是把外界與泵送介質(zhì)相容的低溫潔凈冷卻油注人密封腔內(nèi),對(duì)密封件進(jìn)行直接冷卻降溫,并及時(shí)排除介質(zhì)中的固體顆粒避免進(jìn)人密封端面或在密封附近集聚而產(chǎn)生磨粒磨損。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,在保證輔助系統(tǒng)正常工作和泵穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下,高溫油泵機(jī)械密封的使用壽命可達(dá)一年以上。但是,隨著對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排要求的不斷提高管型機(jī)械密封及輔助系統(tǒng)的使用性能己不能滿足要求,暴露出的主要間題有:

 ①采用現(xiàn)有的機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng),在高溫油泵的運(yùn)行過程中,變工況操作時(shí)有發(fā)生。泵抽空、誤操作、人為流量調(diào)節(jié)等都使機(jī)械密封處于變工況條件下。.當(dāng)被密封介質(zhì)的壓力產(chǎn)生劇烈波動(dòng)時(shí),可引起摩擦副的相互沖擊,造成端面損傷,從而影響密封效果;如果密封腔操作壓力波動(dòng)并瞬間成負(fù)壓,波紋管收縮而不能及時(shí)恢復(fù),動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間形成的油膜密封被破壞從而造成突發(fā)性泄漏失效。

②工作介質(zhì)溫度很高,再加上密封摩擦副端面的摩擦熱,一旦沖洗系統(tǒng)發(fā)生故障,使得端面溫度急劇升高,造成端面液膜汽化導(dǎo)致干摩擦,短時(shí)間內(nèi)可使密封失效;其次,高溫還可使石墨環(huán)性能下降,嚴(yán)重時(shí)可將浸漬劑熔化;再次,當(dāng)動(dòng)、靜環(huán)材料取碳化鎢一石墨配對(duì)時(shí),高溫還可使石墨環(huán)(靜環(huán))表面產(chǎn)生環(huán)狀溝紋,碳化鎢(動(dòng)環(huán))也易脫落;最后,高溫下摩擦副熱變形較大,使端面摩擦狀態(tài)發(fā)生變化。導(dǎo)致密封系統(tǒng)提前失效。

③運(yùn)行費(fèi)用高、能耗量大。對(duì)于常、減壓塔底渣油泵采用外沖洗方案32,沖洗液直接進(jìn)人工藝介質(zhì)中,使其消耗量較大,生產(chǎn)成本較高。如某廠常減壓裝置中的兩臺(tái)減底泵,一臺(tái)泵每天有超過20噸蠟油注人了重油渣油系統(tǒng),按重油與蠟油差價(jià)1儀幻j少噸計(jì)算,每天經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)20*1000=2萬元。則一年損失為2萬元*360=720萬元。采用自沖洗方案21把高溫介質(zhì)降溫后再注人泵內(nèi),必然消耗大量的熱量,使泵的效率降低。與此同時(shí),消耗的冷卻水量亦相當(dāng)大。

④方案21和方案32均需對(duì)機(jī)封靜環(huán)背面處必須通入急冷水進(jìn)行冷卻,其作用是冷卻動(dòng)、靜環(huán)摩擦副,從而在一定程度上降低波紋管及摩擦副間的溫度,為機(jī)封提供適宜的運(yùn)行環(huán)境,防止機(jī)封部件高溫變形或失效,從而達(dá)到提高密封效果和延長使用壽命的目的。但由于冷卻水在高溫部位結(jié)垢,且結(jié)垢位于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副及與之相貼緊的軸套上和波紋管的波片之間,使波紋管失去彈性而失效。

目前采用的波紋管機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng)造成密封失效形式主要有以下幾種:

(1)波紋管失彈或斷裂引起的密封失效

波紋管在使用過程中,其剛度或彈性會(huì)慢慢減小,這種彈性減小的現(xiàn)象通常稱之為失彈。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明當(dāng)波紋管的失彈量超過設(shè)計(jì)初始?jí)嚎s量的18%一20%時(shí),整個(gè)波紋管機(jī)械密封就會(huì)發(fā)生泄漏。金屬波紋管機(jī)封在溫度低于200℃時(shí)失彈現(xiàn)象不明顯,但在高溫(超過300℃)下使用,開車后泵很快就發(fā)生泄漏,將使用的機(jī)封拆下測盆發(fā)現(xiàn)金屬波紋管組件高度較安裝前平均降低2一3mm。波紋管失彈主要由于永久變形或應(yīng)力松弛,還有一種情況是工作介質(zhì)結(jié)晶沉淀或凝固在波紋管的縫隙中,使波紋管變形能力減小或喪失變形能力。因此,高溫和載荷是造成波紋管失彈的主要原因。

另外,在高溫及波紋管壓縮量或接觸比壓較大的情況下,波紋管會(huì)發(fā)生斷裂(圖9-4);溫度越高,載荷越大,波紋管發(fā)生斷裂的概率就越高。

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(2)配對(duì)摩擦副中石墨環(huán)的過度磨損引起的密封失效

通常,將失效的機(jī)封拆下檢查發(fā)現(xiàn)石墨密封環(huán)磨損嚴(yán)重。通過分析和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),金屬波紋管機(jī)封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響,而有效直徑是隨壓力的變化而改變。當(dāng)波紋管受外壓,其有效直徑隨壓力的加大而逐漸縮小;當(dāng)波紋管受內(nèi)壓,其有效直徑隨壓力的加大而逐漸加大。由于壓力過大,導(dǎo)致摩擦副摩擦嚴(yán)重,石墨環(huán)過度磨損引起泄漏。圖9一5所示為某廠減壓塔底泵石墨密封環(huán)端面的磨損磨蝕情況。

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(3)配對(duì)摩擦副中硬質(zhì)合金環(huán)的表面熱裂引起的密封失效

發(fā)現(xiàn)密封摩擦副的硬質(zhì)合金環(huán)出現(xiàn)許多由硬面中心向外發(fā)散的粗細(xì)不一的徑向裂紋。這是熱裂導(dǎo)致的密封失效。熱裂產(chǎn)生的主要原因是過高的局部熱應(yīng)力,其中硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座兩種材料的線膨脹系數(shù)差別,采用堆焊結(jié)構(gòu)還是整體結(jié)構(gòu),密封冷卻沖洗系統(tǒng)中沖洗液的類型、沖洗方式和流量的大小是否合

適都可能引起密封端面的熱裂。圖9一6為某廠減壓塔底泵機(jī)械密封端面突然進(jìn)人高溫重油,造成密封面發(fā)生熱裂而產(chǎn)生泄漏。

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