徐建赟，李大鵬，王大勇

（克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

二精密分餾裝置熱油泵操作壓力0.4 MPa，溫度范圍180～195 ℃，介質(zhì)潤(rùn)滑油WI80，機(jī)械密封型號(hào)YH609CAT-22，動(dòng)環(huán)材料為碳化鎢，靜環(huán)材料為浸石墨酚醛樹(shù)脂。使用4 個(gè)月后機(jī)械密封開(kāi)始泄漏，此后機(jī)械密封壽命都在半年左右，機(jī)械密封達(dá)不到預(yù)期壽命。為此，車間進(jìn)行攻關(guān)，提高密封使用壽命。

1 機(jī)械密封泄漏部位

機(jī)械密封泄漏機(jī)理比較復(fù)雜，泄漏點(diǎn)基本是密封面、動(dòng)靜環(huán)密封圈等，找到泄漏點(diǎn)后才能有針對(duì)性地探討泄漏原因。采用外裝式的方式，將泄漏的機(jī)械密封裝進(jìn)特制試壓工具，使用0.3 MPa 壓縮空氣試壓，將試壓裝置放進(jìn)水槽。發(fā)現(xiàn)只有密封面有氣泡冒出，斷定是機(jī)械密封面泄漏，檢查密封面無(wú)明顯劃痕，但存在磨損痕跡，泄漏靜環(huán)密封面如圖1 所示。

圖1 磨損的靜環(huán)密封面

2 機(jī)械密封面磨損原因分析

2.1 密封面有雜質(zhì)

熱油泵入口濾網(wǎng)為20 目，拆檢濾網(wǎng)完好無(wú)雜質(zhì)。熱油泵介質(zhì)是清潔的潤(rùn)滑油，機(jī)械密封面上也無(wú)溝槽等。這些說(shuō)明顆粒雜質(zhì)不是造成密封面磨損的主因。

2.2 靜環(huán)耐磨性不良

靜環(huán)采用浸石墨酚醛樹(shù)脂，材料本身具有一定自潤(rùn)滑性，符合文獻(xiàn)推薦的該工況機(jī)械密封靜環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。同一型號(hào)機(jī)械密封在條件類似的熱油泵上使用效果良好，密封面沒(méi)有異常磨損。因此靜環(huán)材料也不是密封面磨損的原因。

2.3 密封面液膜潤(rùn)滑不良

機(jī)械密封面正常條件下會(huì)有液膜，起到潤(rùn)滑保護(hù)密封面作用。對(duì)于內(nèi)裝式機(jī)械密封，密封面外側(cè)到內(nèi)側(cè)存在壓力梯度，壓力逐漸減小，最外側(cè)是操作壓力0.4 MPa，最內(nèi)側(cè)是大氣壓力。在密封面某一位置的溫度對(duì)應(yīng)的壓力，可能會(huì)小于該溫度下的液膜飽和蒸氣壓。因此，從該位置開(kāi)始液膜汽化，密封面該點(diǎn)半徑稱為沸騰半徑。在一定溫度壓力條件下液膜會(huì)汽化，因此，液膜可能存在以下4 個(gè)相態(tài)。

（1）全液相（液膜完全沒(méi)有汽化）。此時(shí)密封面潤(rùn)滑最佳，但相對(duì)泄漏量會(huì)偏大，而且需要加強(qiáng)自沖洗冷卻，能耗大。因此，生產(chǎn)上一般不采用全液相方式。

（2）似液相。此相態(tài)中液相多、汽化少，密封面潤(rùn)滑較好，泄漏量相對(duì)較少，自沖洗冷卻能耗不大，泄漏較少而且密封面摩擦較小的理想相態(tài)。

（3）似汽相。此相態(tài)中液相少、汽化多，泄漏量和似液相相比，相差不大，但密封面潤(rùn)滑不好，對(duì)密封面有一定磨損，影響密封使用壽命，實(shí)際生產(chǎn)中不推薦該相態(tài)。

（4）全汽相。此時(shí)機(jī)械密封液膜完全汽化，密封面處于干摩擦狀態(tài)，泄漏量暫時(shí)最少。此時(shí)密封面基本靠材料自潤(rùn)滑，密封面磨損最大。隨著時(shí)間推移，密封面逐漸磨損，無(wú)法保證良好貼合。使用一段時(shí)間后，泄漏會(huì)突然增大而失效。經(jīng)檢測(cè)在用泵靜環(huán)尾部溫度為245 ℃，該溫度對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣壓大于密封面液膜最大壓力（密封面溫度比靜環(huán)尾部溫度略高）。因此，機(jī)械密封液膜相態(tài)處于全汽相狀態(tài)，密封面磨損較快，實(shí)際使用壽命不到設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)的1/4。

3 液膜相態(tài)計(jì)算

3.1 液膜相態(tài)計(jì)算思路

機(jī)械密封要處于良好密封和潤(rùn)滑狀態(tài)，液膜一般要在似液相工作。關(guān)鍵是要確定密封面的沸騰半徑點(diǎn)，沸騰半徑大小，決定了密封面液膜的液相和汽相比例，只有汽相比α＜0.2 時(shí)密封面液膜處于似液相相態(tài)。液膜相態(tài)計(jì)算非常復(fù)雜，有些參數(shù)很難實(shí)測(cè)和計(jì)算，甚至需要用超越電子方程計(jì)算。計(jì)算出的密封面溫度也不足夠精確，用公式直接計(jì)算密封面相態(tài)很困難，現(xiàn)場(chǎng)需要用簡(jiǎn)單的參數(shù)控制來(lái)判斷密封面相態(tài)。為此，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，提出簡(jiǎn)化方法，先假定機(jī)械密封在最合適理想工作狀態(tài)下，由此確定相應(yīng)的端面比壓，由端面比壓公式可求出其中的似液相膜壓系數(shù)；再根據(jù)汽相比α＜0.2 時(shí)，液膜相態(tài)是似液相，求出似液相沸騰半徑。把沸騰半徑參數(shù)代入膜壓系數(shù)公式，由膜壓系數(shù)公式就可求出似液相狀態(tài)下的飽和蒸氣壓。根據(jù)飽和蒸氣壓對(duì)應(yīng)的溫度，最終求出似液相工作狀態(tài)下的密封面溫度。只要密封面溫度不大于所求溫度，則密封面液膜相態(tài)就是似液相。

3.2 計(jì)算過(guò)程

3.2.1 沸騰半徑計(jì)算

3.2.2 膜壓系數(shù)計(jì)算

端面比壓Pb=Pf+Ps×（B-K），在適合狀態(tài)下一般取0.3 MPa，彈簧比壓取1.5 MPa，面積比，R0為軸徑，Ps為介質(zhì)壓力。這些數(shù)據(jù)代入端面比壓公式，即可求得膜壓系數(shù)K。

3.2.3 密封面汽化溫度計(jì)算

4 控制自沖洗油溫

機(jī)械密封面的摩擦熱由自沖洗油控制，原自沖洗的油冷器換熱面積為0.7 m2。由于裝置處于煉油加工末段，進(jìn)出口循環(huán)水壓差低，因此循環(huán)水流量不足，冷卻器芯子換熱效果不好且容易結(jié)垢，冷卻后自沖洗油溫度偏高，達(dá)不到給密封面有效降溫的目的。為此，改用換熱面積為1.5 m2的油冷器，采用循環(huán)水定期排污，冷卻器使用3 個(gè)月后除垢等措施，保證油冷器的換熱效率。更換新的油冷器后，實(shí)測(cè)自沖洗油溫降低為140 ℃，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)靜環(huán)尾部溫度為166 ℃。根據(jù)文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，一般密封面實(shí)際溫度略高于靜環(huán)尾部溫度3～7 ℃?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量靜環(huán)尾部溫度不便，通過(guò)靜環(huán)壓蓋急冷水孔，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量，有一定偏差，給出5 ℃的安全余量。因此，機(jī)械密封面實(shí)際最高溫度為178 ℃，小于計(jì)算得出的似液相狀態(tài)下最高工作溫度210 ℃，機(jī)械密封處于似液相的良好工作狀態(tài)。

5 結(jié)論

通過(guò)控制機(jī)械密封面溫度，保證機(jī)械密封處于最佳潤(rùn)滑相態(tài)。采用該控制方法，機(jī)械密封壽命超過(guò)2 年，熱油泵機(jī)械密封使用年限達(dá)到設(shè)計(jì)要求。