陳 斌,侯玉杰,李金柱
(中國(guó)海洋石油渤海石油管理局渤南作業(yè)公司,天津 300450)
石油化工行業(yè)生產(chǎn)需依靠各種機(jī)械設(shè)備,如壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、各種泵類(lèi)等,各種泵類(lèi)的應(yīng)用占據(jù)著很重要的地位。泵按照其工作原理可分為容積式、葉輪式和射流式。容積式泵是通過(guò)泵在電機(jī)帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),間歇性地改變泵體內(nèi)部空間體積,達(dá)到介質(zhì)輸送的目的,如柱塞泵、隔膜泵、齒輪泵等。葉輪式泵通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)葉輪高速回轉(zhuǎn),把機(jī)械能傳遞給介質(zhì),達(dá)到介質(zhì)輸送的目的,如離心泵、旋渦泵、混流泵等。
單級(jí)離心泵性?xún)r(jià)比高,已被廣泛應(yīng)用,其工作原理是:電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)泵軸高速運(yùn)轉(zhuǎn),固定在泵軸上的葉輪在高速回轉(zhuǎn)作用下,葉輪的邊緣會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的離心力,使內(nèi)部液體在離心力的作用下沿水道被甩向四周,再經(jīng)過(guò)流道實(shí)現(xiàn)液體的輸送。為了不使內(nèi)部高壓液體因?yàn)樾孤┒鴾p少壓力損失和污染環(huán)境,機(jī)械密封作為單級(jí)離心泵的核心部件,在行業(yè)中也起到至關(guān)重要的作用。但是機(jī)械密封由于其材料、輸送介質(zhì)內(nèi)的清潔度、配件磨損等因素經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題,影響單級(jí)離心泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)單級(jí)離心泵軸套與密封圈不匹配的問(wèn)題,根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提供一種有效解決方案。
離心泵是一種典型的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械,有多種分類(lèi),按葉輪的數(shù)目可以分為單級(jí)泵和多級(jí)泵。單級(jí)離心泵為泵殼包裹單個(gè)葉輪,多級(jí)離心泵為泵殼包裹多個(gè)葉輪,可以形象地理解為:多級(jí)離心泵是單級(jí)離心泵的串聯(lián)使用。按工作壓力分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。離心泵有不同的類(lèi)型,根據(jù)實(shí)際工況在選型時(shí),可以根據(jù)構(gòu)造的不同,選擇單級(jí)泵或多級(jí)泵,也可以根據(jù)所需壓力大小選擇高壓泵、中壓泵或低壓泵。離心泵是由泵殼、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)械密封及其他基礎(chǔ)系統(tǒng)組成,其中泵軸與葉輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是其核心部件。
葉輪可以根據(jù)結(jié)構(gòu)分為開(kāi)式葉輪、半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪。開(kāi)式葉輪的工作效率比較低,可以達(dá)到50%,通常用在含顆粒比較大的介質(zhì)輸送中,如泥漿泵、水泥砂漿泵等。半開(kāi)式葉輪的效率較高,可以達(dá)到70%左右,通常應(yīng)用在輸送介質(zhì)黏度較高或含有可粉碎顆粒介質(zhì)的流程中,如粉碎泵等。閉式葉輪的效率很高能夠達(dá)到和泵殼很密切的配合,工作效率通??梢赃_(dá)到90%以上,是石油化工當(dāng)中應(yīng)用最多的一種,但是對(duì)于輸送介質(zhì)的要求也是比較高的,首先要保證介質(zhì)的黏度不能太高,其次對(duì)于介質(zhì)的清潔度也有一定要求。
泵殼的作用是密封液體并改變液體的流動(dòng)方向,將動(dòng)能改變?yōu)殪o壓能。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為所輸送介質(zhì)提供機(jī)械能。
機(jī)械密封是離心泵中常用的一種軸向密封裝置屬于端面密封,是一種高科技機(jī)工產(chǎn)品,在泵、液壓傳動(dòng)和相關(guān)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置的軸向密封中較為常見(jiàn)。主要是依靠固定于軸套上的機(jī)械密封動(dòng)環(huán),通過(guò)補(bǔ)償裝置使動(dòng)環(huán)與靜環(huán)在旋轉(zhuǎn)時(shí)緊密貼合實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械密封的摩擦副一般采用石墨、陶瓷或碳化硅等,本文所述機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)材料為碳化硅,靜環(huán)材料為石墨。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在各種磨損,如運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中零部件受力不均勻?qū)е履p,在磨損較為嚴(yán)重的情況下,摩擦副表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙或孔洞,引發(fā)機(jī)械密封嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象。
機(jī)械密封的泄漏原因主要有:①動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的密封面磨損;②靜環(huán)與靜環(huán)座之間密封不嚴(yán);③靜環(huán)座與泵體之間密封不嚴(yán);④動(dòng)環(huán)與軸套之間密封不嚴(yán);⑤軸套與泵軸之間密封不嚴(yán)。
離心泵工作過(guò)程中,導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏的原因主要有:①輸送介質(zhì)的量達(dá)不到冷卻潤(rùn)滑機(jī)械密封的要求;②輸送的介質(zhì)含有雜質(zhì)的數(shù)量比較多,導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)接觸面被磨損漏液;③輸送介質(zhì)的溫度比較高,不能帶走摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的熱量;④濾網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間臟堵導(dǎo)致供液不足。
要保證離心泵的正常運(yùn)行,需要做好以下5 點(diǎn):①保持進(jìn)口濾網(wǎng)清潔;②避免離心泵吸入管線過(guò)長(zhǎng),減少?gòu)濐^部分;③降低輸送介質(zhì)的溫度;④降低離心泵入口的吸入高度;⑤適當(dāng)增加離心泵吸入口的正壓頭。
在檢修過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)離心泵軸套與機(jī)械密封動(dòng)環(huán)密封圈間隙不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用需求而引發(fā)的泄漏問(wèn)題,下面將以此次檢修作業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述,并提供解決方案。
在原油工藝流程中,閉排泵是很重要的設(shè)備之一,如無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)造成閉排罐液位過(guò)高,導(dǎo)致生產(chǎn)流程關(guān)斷,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致海洋環(huán)境的污染。閉排泵在原油工藝流程中地位顯而易見(jiàn),在日常的工作中應(yīng)該加強(qiáng)日常檢修,在檢修作業(yè)中技術(shù)人員需要增強(qiáng)相關(guān)知識(shí),保證其能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)并發(fā)揮作用。
在對(duì)某海洋石油平臺(tái)的例行巡檢中,操作人員發(fā)現(xiàn)閉排泵機(jī)械密封突然失效,造成介質(zhì)沿泵軸向外噴射,需快速搶修,隨即倒泵停機(jī)。首先暫時(shí)關(guān)閉閉排泵,再配合操作人員將閉排泵切換到另外一臺(tái),對(duì)其做好隔離,防止泄漏。為確保平臺(tái)閉排泵隨時(shí)處于正常備用狀態(tài),不影響工作,立即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析,對(duì)可能存在的問(wèn)題和操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn),逐一做嚴(yán)密分析,并有針對(duì)性地制定了預(yù)防措施。在做好嚴(yán)密準(zhǔn)備后,有序使用預(yù)備好的工具,立即對(duì)閉排泵進(jìn)行拆檢尋找問(wèn)題原因。經(jīng)過(guò)拆檢發(fā)現(xiàn),造成機(jī)械密封壓蓋與軸套之間的泄漏,是因?yàn)殚]排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中混入雜質(zhì),導(dǎo)致機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)已經(jīng)磨損破碎,無(wú)法也無(wú)需進(jìn)行修復(fù),只能進(jìn)行更換。排查出問(wèn)題后,隨即對(duì)機(jī)械密封壓蓋、軸套、泵軸的油污進(jìn)行清洗、打磨等程序,再涂抹潤(rùn)滑油準(zhǔn)備安裝新的機(jī)械密封。
在安裝機(jī)械密封的過(guò)程中,出現(xiàn)了尺寸誤差,動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封圈出現(xiàn)卡滯,不能有效回彈,動(dòng)靜環(huán)密封面不能有效貼合實(shí)現(xiàn)密封作用。經(jīng)過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)得新舊動(dòng)環(huán)的內(nèi)徑存在誤差,動(dòng)環(huán)安裝完畢后調(diào)整彈簧壓縮后無(wú)法正?;匚唬▓D1)。測(cè)量泵軸套外徑、舊機(jī)械密封內(nèi)徑和新機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸,測(cè)量結(jié)果如下:舊的機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸為49.96 mm(圖2);新的機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸49.77 mm(圖3);新、舊機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)內(nèi)徑相差0.18 mm。由于尺寸誤差,致使密封O 形圈被擠壓過(guò)度從而與軸套緊密抱合,且間隙過(guò)小,致使壓縮后的彈簧無(wú)法正?;謴?fù)。軸套的測(cè)繪尺寸加工前為49.77 mm,首要任務(wù)是對(duì)其進(jìn)行打磨,增大密封圈與軸套的配合間隙,使其在軸套上能夠自由滑動(dòng)。
圖1 調(diào)整彈簧壓縮后無(wú)法正?;匚?/p>
圖2 舊機(jī)械密封動(dòng)環(huán)內(nèi)徑尺寸
圖3 新機(jī)械密封動(dòng)環(huán)內(nèi)徑尺寸
經(jīng)過(guò)測(cè)量、對(duì)比和綜合考慮,為了減少資源浪費(fèi),選擇出了性?xún)r(jià)比相對(duì)較高的方案,即對(duì)軸套進(jìn)行加工,使軸套與機(jī)械密封的配合間隙調(diào)整到合理范圍實(shí)現(xiàn)有效配合,保障設(shè)備的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密測(cè)繪,準(zhǔn)備用銼刀、砂紙等將軸套磨削去除0.18 mm,使其與新的機(jī)械密封能夠?qū)崿F(xiàn)有效配合,滿(mǎn)足使用要求。但是由于可用加工設(shè)備受限,并沒(méi)有車(chē)床可供使用,手動(dòng)銼削又無(wú)法保證軸套外徑的圓度及光滑度,無(wú)法對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行保證,若軸套表面粗糙,即使能夠滿(mǎn)足尺寸的要求也無(wú)法進(jìn)行有效密封。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有效選擇可用設(shè)備,決定使用套絲機(jī)對(duì)其進(jìn)行磨削加工。將軸套夾持在套絲機(jī)的卡盤(pán)上,套絲機(jī)帶動(dòng)軸套勻速旋轉(zhuǎn),將銼刀按壓在軸套上進(jìn)行磨削,均勻施力保證軸套表面受力均勻(圖4)。在銼削的過(guò)程中,不斷使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量,保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,直至磨削到Φ49.58 mm 后,再使用細(xì)砂紙將銼紋和毛刺清理光滑(圖5)。
圖4 利用套絲機(jī)和銼刀配合進(jìn)行軸套余量的挫削
圖5 使用細(xì)砂紙對(duì)銼紋和毛刺進(jìn)行清理打磨
為了保證被加工后的軸套處于良好的光滑度及圓度,使用百分表對(duì)加工后的外表面進(jìn)行全范圍的多點(diǎn)測(cè)量,結(jié)果顯示,該軸套尺寸在合理范圍內(nèi),能夠滿(mǎn)足密封O 形圈的使用要求。用銼刀清理套絲機(jī)夾持軸套的壓痕,保證其表面完全光滑。軸套加工完畢后,將新的機(jī)械密封比照調(diào)整,再將其安裝到加工過(guò)的軸套上。經(jīng)檢驗(yàn),按壓彈簧后可自由彈起,達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn)的要求。最后,按照相反的順序依次將泵進(jìn)行回裝,解除隔離后起泵運(yùn)轉(zhuǎn),發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象消失,泵各項(xiàng)參數(shù)正常。
本文通過(guò)實(shí)例,簡(jiǎn)單討論了一種單級(jí)離心泵機(jī)封與軸套的修復(fù)方法,涉及多個(gè)機(jī)修鉗工的技能,要求現(xiàn)場(chǎng)操作者有扎實(shí)的理論知識(shí)、豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)和較好的心理素質(zhì),耐心、細(xì)心地查驗(yàn)問(wèn)題,力求精準(zhǔn)地解決問(wèn)題。最為重要的是,要有發(fā)散思維和極高的動(dòng)手能力,因?yàn)樯衔膶?shí)例的解決,幾乎是在無(wú)加工設(shè)備的情況下,利用套絲機(jī)對(duì)泵軸進(jìn)行加工,再通過(guò)加工軸套外徑尺寸,使機(jī)械密封動(dòng)環(huán)調(diào)整彈簧能夠正?;貜?,恢復(fù)泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。不僅鍛煉了發(fā)散思維、周密部署,還節(jié)約了大量的配件費(fèi)用和維修時(shí)間成本,實(shí)現(xiàn)降本增效。