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1、2003年第6期·39·碱液循环泵机械密封失效分析及改进庄永福(天津石化公司乙烯厂,天津300271)摘要通过对乙烯装置碱液循环泵机械密封频繁失效的原因进行分析,改进了密封结构和摩擦副材料,取得了良好的效果。关键词碱液循环泵机械密封失效分析摩擦副乙烯装置压缩系统浓碱液循环泵,是碱洗塔的(1)动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞;塔底循环泵,它将经裂解气碱洗过的碱液输送到塔(2)动环和静环有环状磨损痕迹;顶,使碱液循环使用。该泵在实际运行中,频繁发生(3)密封腔内有焦状聚合物、颗粒等杂质和结晶泄漏,机械密封在安装运行一周左右开始微漏,1～2物;个月
2、内泄漏量增大,无法继续使用。严重影响了装置(4)弹簧锈蚀严重,被杂质和结晶物卡涩,弹性的环保达标和长期稳定运行。不足。1基本情况2失效分析该泵为单吸悬臂卧式离心泵,主要技术参数如一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失下表:效、材料与介质不相容,以及制造和安装问题等。端含胶状、颗粒杂质的面比压是机械密封的重要性能参数,端面比压要在介质成份20%NaOH液体o设计的范围之内(内装式机械密封一般为0.2～0.4介质温度45C介质粘度1070cPMPa),以保证机械密封端面良好配合,使密封面间3流量30m/h形成有效液膜。密封受力分析如图2所示。扬程
3、18m吸入压力1.078MPa排出压力1.272MPa轴功率2.7kW电机转数2950r/min按鲁姆斯原设计该泵机械密封采用的是约翰克兰公司8B1-P型内装单端面机械密封,动环材质为石墨,静环材质为碳化硅,密封冲洗采用自身反冲洗形式。其结构如图1所示。Fb(端面受力)=Ft(弹簧力)+Fp(介质作用压力)-Fm(液膜作用压力)端面比压的计算公式为:Pb=Pt+Pp-PmPb=Pt+(K-λ)P其中:d2=50mmd1=32mmd0=38mm22弹簧比压Pt=Ft(弹簧力)/[π/4(d2-d0)]=0.3MPa(厂家设计值)2222载荷系数
4、K=(d2-d0)/(d2-d1)=0.715膜压系数λ=0.742将失效后的克兰机械密封解体,其损坏如下:介质压力P=0.45MPa©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·40·化工设备与管道第40卷可以计算出原8B1-P型机械密封端面比压Pb为钨具有极高的强度和硬度,良好的耐磨性和抗腐蚀0.28MPa,是符合设计规范的,在正常工作条件下性,这就使杂质和结晶物难以对其造成损坏。同时碳是能够满足生产要求的。这和实际情况相吻合,在使化钨摩擦副具有优良的导热性
5、,线性膨胀系数很小,用初期机械密封并不泄漏,那导致其失效的原因又使其能够在较高的温度下保持良好的密封性。辅助是什么呢?这就必须从机械密封的工作环境入手,进密封环材质我们选用氟橡胶FPM2461,它耐腐蚀、行综合分析。弹性好,最高工作温度为250℃。由于该泵处于碱洗塔底部,管道和设备的锈蚀物以及裂解气中的杂质和重组份聚合物都沉积在塔底,同时塔内NaOH与H2S和CO2组分发生反应,生成的Na2S、Na2CO3会产生结晶物。泵入口滤网原为40目,在实际生产中经常堵塞,使泵抽空,我们把滤网改为20目,基本解决了入口堵塞问题,这同时也造成进入泵体内的
6、碱液含有大量的杂质和结晶物。由于采用自身冲洗方式,这些杂质和结晶物不可避免地沉积于密封腔内,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,弹簧被腐蚀卡涩,弹性不足,不能提供原设计0.28MPa的端面比压,导致密封面不能良好地贴由于碱液中含有杂质和结晶物,原机封采用的合,液膜平衡被破坏,这时密封就会出现微漏,随着自身反冲洗形式难以达到预期的目的,生产现场又结晶物和杂质颗粒进入摩擦副端面,密封面逐渐被无适合作冲洗液的其它介质。有上述条件作保证,再磨损,再加上动环轴向补偿不灵,造成密封泄漏量增加上介质工作温度不高(45℃
7、),3055型卡式机械密加,最终导致密封彻底失效。封在去除自冲洗的条件下,完全可以正常运行,这既能降低冲洗带来的能耗、物耗损失,又能简化机械密3改进措施封的日常维护。根据密封的失效原因,我们有针对性地从以下两台浓碱液循环泵自2001年1月开始使用卡几个方面进行了技术改造:式集装式机械密封,从现场情况来看密封效果非常(1)改变密封结构形式好,运行至今仍没有任何泄漏迹象,使用寿命达到了由于介质是含有杂质的碱液,从密封结构上来2年以上。原8B1-P机封每套价格为960元,两年看采用静环补偿比原设计的动环补偿更为适合。根内仅机封备件费就节约1万余元,
8、原设计碱液泵冲据该泵的具体工况条件,我们选用了艾格3055型卡洗水流量为6L/min,现去除了冲洗水,每年节约循式单端面机械密封(集装式),其主要特点如下:环水近3
