淺議輕烴蒸餾裝置工藝流程泵機械密封形式與損壞原因分析

姜 曄

新疆華澳能源化工股份有限公司，克拉瑪依 834000

淺議輕烴蒸餾裝置工藝流程泵機械密封形式與損壞原因分析

姜 曄

新疆華澳能源化工股份有限公司，克拉瑪依 834000

輕烴蒸餾裝置工藝流程泵的可靠性在很大程度上取決于機械密封密封性能，在輕烴蒸餾裝置中，所加工的流體介質大多易燃易爆液體，機械密封的密封效果將直接影響裝置生產正常運行，一旦機械密封損壞泄漏，不僅污染環境、影響操作員工身體健康，而且還會導致火災、爆炸等重大安全事故。我們主要從輕烴蒸餾裝置工藝流程泵用機械密封不同工況下密封結構入手，降低密封使用故障率，提高機械密封使用可靠性。

機械密封；損壞原因；熱裂

前言

輕烴蒸餾裝置生產中工藝流程泵比較常見的機械密封形式主要有接觸式軸向端面機械密封和非接觸式可控間隙密封。接觸式軸向端面機械封裝就是在密封微凸體接觸的密封。這種接觸式密封狀態一般為混合摩擦和邊界摩擦,普通機械密封一般都是接觸式密封。非接觸式接卸密封就是指密封面微凸體不接觸的機械密封。這種密封面面的間隙一般可分為靜壓密封和動壓密封。這種非接觸式機械密封的摩擦狀態一般為流體摩擦、彈性流體動力潤滑。

1 機械密封的原理及要求

封通常由動環、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環和靜環的端面組成一對摩擦副，動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中不是一個孤立的部件，它是與工藝流程泵的其它零部件一起組合起來運行的，同時通過其基本原理可以看出，機械密封的正常運行是有條件的，例如：泵軸的竄量不能太大，否則摩擦副端面不能形成正常要求的比壓；機械密封處的工藝流程泵軸不能有太大的撓度，否則端面比壓會不均勻等等。只有滿足類似這樣的外部條件，再加上良好的機械密封自身性能，才能達到理想的密封效果。并且在實際應用過程中,必須有一對以上垂直于旋轉軸線的端面,這種端面在流體壓力和補償機械外彈力的作用,其會使密封得到有效的配合,同時也會與另一端保持一種相對滑動的狀態,進而防止流體泄露。

機械密封之所以在輕烴蒸餾裝置工藝流程泵中廣泛使用,是因為其具有泄露性小、密封可靠、摩擦功耗低、使用周期長和對軸磨損小等優勢,能更好的滿足不同工況需求。

2 輕烴蒸餾裝置生產中機械密封損壞原因分析

2.1 壓力引起的機械密封損壞，在機械密封中如果密封壓力腔中的壓力超過一定范圍,那么其密封端面比壓,不能是液膜更好的形成,甚至使其端面出現嚴重的磨損,同時也會使發熱量變多,也會使密封零件發生變形。當工作壓力出現波動,會給彈性形變量和密封效果帶來一定影響,泄漏量隨著壓力的變化而出下相應變化。在這種情況下是需要使用摩擦副來緩解壓力波動的;真空條件也會產生密封干摩擦或是泄露現象。相關實踐結果顯示半濕摩擦時,摩擦系數一般為百分之幾,而半干摩擦和干摩擦時,其則為十分之幾。在實際應用過程中,干摩擦釋放的能量一般是潤滑時的十幾倍甚至更多。在這種情況下,會使密封件磨損更加嚴重。因表面受到損失,再加上表面溫度升高和材料性能的變化,使得其磨損程度更加嚴重,磨損速度加快,使得密封環熱烈或燒損,最終使設備不能正常工作。

為了使這個問題得到更好的解決,就應該在其雙端面進行繼續加密并注入封液以保證潤滑性能和密封性性能,將氣相密封轉化成液相密封。

2.2 高溫引起的機械密封損壞，在輕烴蒸餾裝置生產中,特別是在塔底油生產加工中,常會因溫度過高而引起摩擦變形磨損或是引起熱裂。具體來說,密封環表面在熱應力較大的情況下,會出現徑向裂紋,也就是熱裂。這種熱裂一般是在短時間內會機械應力或是熱負荷作用下出現的,熱烈時會加劇密封環磨損甚至加劇漏量。對于熱裂來說,其一般是因干摩擦、冷卻系統堵塞或是突然中斷、端面比壓不均勻或是過大而引起的。在實際生產過程中, 輕烴蒸餾裝置因水循環系統故障,使得沖洗流量不足,而引起水環式壓縮機密封劑密封摩擦副過熱損壞。當摩擦副采用樹脂浸漬石墨環材料的時候,一旦端面過熱,溫度超過標準溫度,樹脂就可能與石墨環分離,其耐磨性就會下降。在氧化介質中,一旦其溫度超過氧化端面,石墨環就有可能與氧化物發生化學反應,析出一氧化碳氣體,使端面更加粗糙,進而使其耐磨性下降。

2.3 介質腐蝕引起的機械密封損壞，正常情況下,介質引起的密封損壞主要表現為介質自身較強的腐蝕性引起的和介質中含有的固體顆粒引起的機械密封損壞。當介質的腐蝕性比較強,摩擦副表面就會產生腐蝕,一旦腐蝕就會使接觸面更加粗糙,進而引起大量泄漏,最終出現密封損壞狀況。

當介質中含有大量顆粒雜質的時候,特別是在密封裝置高速運轉的時候,這些雜質很可能會進入封斷面。一旦流體內部有高溫現象出現,就會使密封面劃傷或使液膜的連續性遭到破壞,甚至使密封效果降低。同時雜質很可能對補償環的浮動產生阻礙作用,使密封效果得不到有效發揮。

3 結語

機械密封作為軸轉裝置,其轉動軸在機械設備內外能使軸和設備之間存在一個圓周空隙,而設備中的介質很可能會通過其中的間隙向外泄露。當機械設備外部壓力小于內部壓力時,流體就會向內部泄露。為了避免泄露的流體污染空氣,減少其對人們生命健康的損害,就應該設置一種能避免流體泄露的軸封裝置。但是在使用這種密封裝置的情況下,不可避免的會出現密封裝置故障,而引起故障的因素相對較多。

在這種情況下, 增加對機械密封輔助系統的重要作用的認識，盡可能配備完善的機械密封輔助系統，以提高密封效果。為了確保密封裝置發揮其應有的作用,就應該對輕烴蒸餾裝置生產中的密封形式和損壞原因進行分析,以便在此基礎上采取有效的方式對密封裝置進行維修。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.041