趙月剛郭 琦

(1.兗礦魯南化肥廠,山東滕州 277527; 2.山東大學(xué)威海分校07機(jī)電工程學(xué)院,山東威海 264209)

泵用機(jī)械密封長周期運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)

趙月剛1郭 琦2

(1.兗礦魯南化肥廠,山東滕州 277527; 2.山東大學(xué)威海分校07機(jī)電工程學(xué)院,山東威海 264209)

通過泵類機(jī)械密封的應(yīng)用,提出了機(jī)械密封長周期的關(guān)鍵在于正確選型,安裝、消除振動、優(yōu)化操作和維護(hù),從而提高機(jī)械密封穩(wěn)定性、長期性。

機(jī)械密封;長周期;選型;安裝;振動;操作;維護(hù)

0 引 言

離心泵的檢修重點(diǎn)是抓好機(jī)械密封的維修,提高設(shè)備的利用率,有利于生產(chǎn)的長期運(yùn)行?，F(xiàn)結(jié)合我廠在離心泵機(jī)械密封使用,來探討影響機(jī)械密封長周期的因素。

1 正確選用機(jī)械密封是決定機(jī)械密封長周期的關(guān)鍵

1.1 機(jī)械密封件的選型

選型的主要參數(shù)有:密封腔體壓力(M Pa)、流體溫度(℃)、工作速度(m/s)、流體的特性以及安裝密封的有效空間等。

選型的基本原則

(1)根據(jù)密封腔體壓力,確定密封結(jié)構(gòu)采用平衡型或非平衡型,單端面或雙端面等。

(2)根據(jù)工作速度,確定采用靜止式或旋轉(zhuǎn)式,流體動壓式或非接觸式。

(3)根據(jù)溫度及流體性質(zhì),確定摩擦副和輔助密封材料,以及正確選擇潤滑、沖洗、保溫、冷卻等機(jī)械密封循環(huán)保護(hù)系統(tǒng)等。

(4)根據(jù)安裝密封的有效空間,確定采用多彈簧或單彈簧或波形彈簧,內(nèi)裝式或外裝式,內(nèi)流式或外流式。

1.2 機(jī)械密封摩擦副的要求

(1)在防腐蝕方面要有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、物理機(jī)械性能、優(yōu)良的耐摩性、自潤滑性以及良好的不滲透性等;

(2)在熱力性能方面要有良好的導(dǎo)熱性、耐熱、耐寒性和耐溫度的急變性;

(3)摩擦副一般都選擇一軟一硬的配對。

1.3 機(jī)械密封動靜環(huán)密封圈要求

(1)輔助密封圈具有良好的彈性、低的摩擦系數(shù),能耐介質(zhì)的腐蝕、溶解和溶脹,耐老化

(2)輔助密封材料主要使用各種橡膠、聚四氟乙烯、柔性石墨和金屬墊片等。

1.4 應(yīng)用示例

波紋管機(jī)械密封在聚乙二醇二甲醚溶液氣體凈化工藝系統(tǒng)上的應(yīng)用。

兗礦魯南化肥廠氣體凈化工藝采用NHD溶液脫除硫化氫、硫氧碳和二氧化碳等酸性氣體的氣體凈化技術(shù),裝置泵類均采用機(jī)械密封。

(1)富液泵運(yùn)行參數(shù):型號HPK-S200-400。

表1 富液泵運(yùn)行參數(shù)表

(2)失效分析

該泵原選用機(jī)封為1523-60內(nèi)裝式、單彈簧、平衡型機(jī)械密封,通過拆檢,發(fā)現(xiàn)機(jī)封動環(huán)經(jīng)?？ㄋ涝谳S套上,彈簧無法補(bǔ)償,從而液膜平衡破壞,造成液體大量泄漏。

(3)原因分析

該泵介質(zhì)為NHD溶液,外觀淡黃色透明液體。該有機(jī)溶劑對機(jī)械密封的輔助密封橡膠O型圈具有變形膨脹的破壞效應(yīng)。

(4)改進(jìn)措施及效果

①改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)形式

采用波紋管機(jī)械密封M FL85N-65,該機(jī)封為單端面、平衡型,動靜環(huán)為碳石墨-碳化硅,徹底解決了機(jī)封因輔助O型圈的泡脹問題導(dǎo)致的泄漏,輔助密封圈和軸套之間的密封是靜止的,是依靠波紋管起到了機(jī)械密封與運(yùn)動主軸之間的恒定調(diào)節(jié)作用,從而補(bǔ)償動靜環(huán)端面的磨損,使密封端面良好貼和。

②兩臺富液泵自2005年6月改用波紋管機(jī)械密封以來,現(xiàn)場密封效果非常好,使用壽命達(dá)到3a。

2 正確安裝機(jī)械密封可提高機(jī)械密封使用壽命

2.1 機(jī)械密封壓縮量的調(diào)整

2.1.1 如何確定機(jī)械密封彈簧的壓縮量

單彈簧機(jī)械密封的壓縮量為50%～70%,大概密封壓死后放開3～5mm;多彈簧(碟形簧)的壓縮量為90%左右,即機(jī)械密封壓死后放開1.5～2.5mm即可。同時還要考慮密封面的寬窄,彈簧的力度,工作時受力狀態(tài)。

2.1.2 機(jī)械密封如何定位

機(jī)械密封定位前,轉(zhuǎn)子應(yīng)安裝到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的位置。轉(zhuǎn)子軸向應(yīng)固定,軸向串量不大于0.30mm;對于用平衡盤確定軸向位置的轉(zhuǎn)子,應(yīng)將平衡盤和平衡環(huán)座推靠(即平衡盤與平衡環(huán)座接觸),壓縮量即動環(huán)到密封箱的距離和靜環(huán)到靜環(huán)座的距離的差。轉(zhuǎn)子盤車均勻、輕快,泵內(nèi)無零件接觸和摩擦。在此基礎(chǔ)上才能進(jìn)行機(jī)械密封的定位工作。

這時將裝有靜環(huán)的壓蓋先裝到泵上,轉(zhuǎn)子定位后在軸上做一標(biāo)記(圖1a A點(diǎn)),標(biāo)出壓蓋背面在軸或軸套上的位置,并量出包括靜環(huán)的壓蓋厚度L 1;測量出包括彈簧的動環(huán)組件自由高度L 2(圖1b),從軸上的A點(diǎn)量一長度為(L 1+L 2-S),在軸上得到B點(diǎn)(圖1c),從B點(diǎn)固定傳動座,機(jī)械密封定位工作即完成。上述分式中的S是機(jī)械密封的壓縮量。

如果原來配備有機(jī)械密封,安裝工作從拆卸時就要做好準(zhǔn)備,拆卸前先刻出a點(diǎn)的標(biāo)記,同時校核原機(jī)械密封傳動座的安裝位置是否正確[1]。附圖如下:

圖1

2.2 正確選用機(jī)械密封沖洗方案

機(jī)械密封工作中產(chǎn)生的摩擦熱,會使密封端面溫度升高,使密封端面間液膜汽化,還會使輔助密封圈老化、變質(zhì)。輔助沖洗的目的在于防止雜質(zhì)集積,防止氣囊形成,同時保持和改善密封端面間處于良好的潤滑狀態(tài),使機(jī)械密封各零件正常工作。嚴(yán)格說來,機(jī)械密封沒有沖洗設(shè)施是不能正常使用的。

2.3 應(yīng)用示例

我廠NHD氣體凈化變換系統(tǒng)變換氣降溫分離后的冷凝液需送往氣化工段再利用,所配置冷凝液泵,在運(yùn)行中機(jī)械密封經(jīng)常泄漏,運(yùn)行時間僅三周或一月。

2.3.1 冷凝液泵運(yùn)行參數(shù)

型號:WAN 80-50-250。

表2 冷凝液泵運(yùn)行參數(shù)表

2.3.2 失效情況

該泵原選用機(jī)封為RH-45內(nèi)裝式、單彈簧、非平衡型機(jī)械密封,輔助設(shè)施選用自沖洗。摩擦副選取硬對硬,均為硬質(zhì)合金。在運(yùn)行僅一月后出現(xiàn)泄露,拆檢發(fā)現(xiàn),動靜環(huán)磨損嚴(yán)重,密封面磨掉3mm以上,出現(xiàn)環(huán)向溝紋。

2.3.3 原因分析

①該泵摩擦副選用硬質(zhì)合金對硬質(zhì)合金,在非平衡機(jī)械密封中pv值為4.4MPa.m/s,pv值過低,由于采用非平衡機(jī)封,再加上彈簧的靜壓力,造成pv值大于4.4MPa.m/s,這樣密封端面會產(chǎn)生大量的摩擦熱。

②由于介質(zhì)溫度過高,采用本身自帶的壓差沖洗,沖洗液溫度也高,會造成摩擦副產(chǎn)生的熱量大,無法冷卻散熱,輕者使液膜汽化,密封失效;重者使密封端面磨損嚴(yán)重,產(chǎn)生溝紋,甚至出現(xiàn)裂紋。

2.3.4 改進(jìn)措施及效果

①改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)形式

采用機(jī)械密封1523-45,該機(jī)封為單端面、平衡型,動靜環(huán)為碳石墨-碳化硅,O型圈為氟橡膠,較好的解決了pv值過高問題。

②合理調(diào)整機(jī)械密封壓縮量,延長摩擦副運(yùn)行時間

③改進(jìn)自沖洗結(jié)構(gòu)

對輔助設(shè)施沖洗系統(tǒng)進(jìn)行改造,借鑒先進(jìn)技術(shù),采用自沖洗用冷卻器。冷卻器為盤管式,管內(nèi)為被冷卻介質(zhì),管外為冷卻水,冷卻面積一般在1m2以下。在使用過程中一定要控制被冷卻流體的流量,滿足沖洗要求即可,不可過多。否則,如果高溫流體過多,冷卻管表面溫度過高,很快結(jié)水垢,不得不更換管束。

④兩臺冷凝液泵自2006年6月改造以來,現(xiàn)場密封效果大大改觀,運(yùn)行壽命在1a以上。

3 消除離心泵的振動是機(jī)械密封長周期運(yùn)行的先決條件

3.1 泵用機(jī)械密封對機(jī)器精度的要求

(1)安裝機(jī)械密封部位的軸(或軸套)的徑向跳動公差最大不超過0.04～0.06mm。

(2)轉(zhuǎn)子軸向竄動不超過0.3mm。

3.2 設(shè)備檢修消除設(shè)備振動

(1)采用高標(biāo)準(zhǔn)軸承,國內(nèi)或進(jìn)口軸承,提高軸承運(yùn)轉(zhuǎn)壽命。

(2)嚴(yán)格按檢修規(guī)程執(zhí)行,控制好零件各部分的間隙,消除泵類不平衡軸向力的產(chǎn)生,使密封壓縮量過大或破壞密封液膜,造成泄露。

(3)聯(lián)軸器對中采用百分表進(jìn)行找正,軸向和徑向偏差在0.03mm之內(nèi)。

(4)檢查聯(lián)軸器的膜片、柱銷、彈性塊、彈性圈等是否損壞,必要時更換。

3.3 應(yīng)用示例

我廠現(xiàn)有180kt/a甲醇裝置,氣體凈化工藝脫碳系統(tǒng)于2004年對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)產(chǎn)改造,新增1臺150AY150×2型脫碳泵。在生產(chǎn)中,機(jī)械密封頻繁泄漏,并且機(jī)組振動,軸承超溫。

3.3.1 改造前

原泵高壓端角接觸軸承D46314,成對雙聯(lián)背對背安裝,頻繁出現(xiàn)問題。軸承損壞現(xiàn)象為:

①軸承游隙大,運(yùn)轉(zhuǎn)時間不長,會發(fā)生異常響聲;

②疲勞點(diǎn)蝕,塑性變形。由于過大的載荷,轉(zhuǎn)速較高時,滾動體與座圈滾道表面產(chǎn)生凹坑、膠和破壞,同時超溫,振動。

3.3.2 改造后

為穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行,對軸承進(jìn)行改造,使用可分離型D30314圓錐滾子軸承。滾子與滾道為線接觸,可承受較重的徑向和軸向聯(lián)合負(fù)荷。圓錐滾子軸承采用加強(qiáng)型結(jié)構(gòu),滾子直徑加大,滾子長度加長,滾子數(shù)目增多,因而使軸承的承載能力和疲勞壽命顯著提高。2種軸承尺寸性能對比見表3。

表3 軸承尺寸性能對比

由上表發(fā)現(xiàn),圓錐滾子軸承D30314在滿足脫碳泵2 950r/min的前提下,比角接觸軸承D46314在承受額定載荷能力上更有優(yōu)勢,耐沖擊,這樣泵運(yùn)轉(zhuǎn)后噪音小,振動小,機(jī)組振動小。軸承安裝示意圖見圖。

圖2 改造前、后軸承安裝示意圖

3.3.3 效果

脫碳泵自2004年改造以來,設(shè)備故障率大大降低,每次檢修后長周期運(yùn)行達(dá)2年以上,同時結(jié)合改造經(jīng)驗(yàn),將現(xiàn)有的其它150AY150×2型及250A YS150×2型脫碳泵進(jìn)行技術(shù)改造。

4 做好離心泵的優(yōu)化操作和維護(hù)是機(jī)械密封長周期運(yùn)行的充分條件

設(shè)備必須具備操作使用規(guī)程、維護(hù)規(guī)程和安全規(guī)程,各生產(chǎn)崗位必須具備設(shè)備管理專責(zé)制、巡回檢查制、維護(hù)保養(yǎng)制和交接班。操作人員必須以嚴(yán)肅的態(tài)度和科學(xué)的方法正確使用和維護(hù)好設(shè)備。操作人員通過崗位練兵和培訓(xùn),對所使用的設(shè)備,做到“四懂”、“三會”(懂結(jié)構(gòu)、懂原理、懂性能、懂用途,會使用、會保養(yǎng)、會排除故障)。實(shí)行安全操作合格證制度,經(jīng)過考試合格,發(fā)給證書才能持證單獨(dú)操作設(shè)備,無證者嚴(yán)禁上崗操作。

4.1 試車前的準(zhǔn)備工作

(1)檢查泵的各連接螺栓及地腳螺栓是否有松動現(xiàn)象。(2)檢查軸承潤滑油是否充足、暢通、不滴不漏。(3)盤車若干轉(zhuǎn),檢查是否輕重均勻,并注意泵內(nèi)有無雜音。

(4)將泵內(nèi)充滿液體,排除泵內(nèi)氣體,檢查機(jī)封是否泄露。

4.2 試車

(1)電機(jī)點(diǎn)動試驗(yàn),檢查電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向,有無異常聲音。

(2)打開進(jìn)口閥,啟動電機(jī),馬上打開出口閥,避免軸承溫度過高,機(jī)械密封損壞。

(3)負(fù)荷試車應(yīng)符合以下要求: a.機(jī)械密封無泄漏。b.運(yùn)行平穩(wěn)、無雜音。

c.潤滑、冷卻系統(tǒng)均為正常。d.流量、壓力平穩(wěn)、無波動。e.電流不超過額定值。

4.3 正常運(yùn)行

(1)泵啟動后若有輕微泄漏現(xiàn)象,應(yīng)觀察一段時間。如連續(xù)運(yùn)行4h,泄漏量仍不減小,則應(yīng)停泵檢查。

(2)泵的操作壓力應(yīng)平穩(wěn),壓力波動不大于0.1M Pa。

(3)在運(yùn)轉(zhuǎn)中,應(yīng)避免發(fā)生抽空現(xiàn)象,以免造成密封面干摩擦及密封破壞。

(4)確保機(jī)械密封有充分沖洗的液體,水冷軸承禁止使用過量水流;

(5)生產(chǎn)操作人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備有不正常情況,要立即檢查原因,及時反映。發(fā)現(xiàn)異常響聲、振動、漏氣、火花等緊急情況,應(yīng)采取果斷措施立即停車,并上報和通知值班長及有關(guān)崗位,不弄清原因不得盲目開車。已處理和未處理的缺陷記入運(yùn)行記錄上,并向下一班交待清楚。

5 結(jié) 語

機(jī)械密封長周期要從零件的加工精度、密封結(jié)構(gòu)、安裝、維修質(zhì)量等方面入手,進(jìn)行改進(jìn),同時提高工藝人員現(xiàn)場操作水平,是確保機(jī)械密封穩(wěn)定性、長期性的有效方法,從而為社會節(jié)約能耗,提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 王汝美編.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問答[M].北京:中國石化出版社,1995.

TQ055.8+1

A

1003-6490(2010)02-0025-04

2010-05-26

趙月剛(1972.2-),男,山東滕州人,工程師,大專,2007年畢業(yè)于山東理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè),現(xiàn)從事化工設(shè)備管理工作。聯(lián)系電話:13863249716。