低溫液體泵機械密封泄漏原因分析及改造

尚陽鋒

作者通聯：河南煤化集團鶴壁煤電股份有限公司化工分公司檢修公司 河南鶴壁市山城區西環路 458000

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一、機械密封泄漏

煤制甲醇項目空分裝置液氮槽車用懸臂式環段雙級離心泵（P50），瑞士CRYOMEC 公司制造，型號ZP2/260-7，5-DCNSLL，軸封采用波紋管機械密封。裝置停運期間，液氮槽車泵，通過兩臺大氣氣化器負責向界外裝置輸送密封氮氣，裝置正常運行期間負責槽車充裝，間斷運行。泵體結構見圖1。

圖1 液氮槽車泵泵體結構

液氮槽車泵首次運行，各參數正常，均達到設計指標。運行4h 后停泵，發現機械密封泄漏。檢查密封氣壓力正常，工藝人員對泵重新解凍，然后嚴格按照冷泵曲線再次冷泵，避免因冷泵過快對泵體造成影響，但機械密封泄漏現象沒有消除。解體檢查各部件未發現異常，將泵回裝，冷泵后啟動，運行正常，但是停泵后，機械密封再次出現泄漏。泄漏現象反復出現，廠家人員反復解體檢查，更換新機械密封也無濟于事，最后廠家不得不放棄。

二、密封泄漏原因分析

（1）泵解體時，機械密封動靜環摩擦副光潔、平整、無破損、無劃痕。機械密封波紋管及其與波紋管座間的焊縫著色檢查沒發現裂紋。O 形環1、2 完好，彈性良好，尺寸合適。避免了因密封組件缺陷引起泄漏。

（2）泵嚴格按照技術要求回裝。泵軸和電機軸經聯軸器（屬剛性聯軸器）聯結后，泵軸末端及葉輪徑向跳動均＜0.02mm，葉輪與軸垂直度偏差0.01mm，動環定距套兩端面平行度偏差0.01mm，機械密封靜環組件在軸上滑動自如，無卡澀現象。

（3）電機軸承為單列深溝球軸承，聯軸器為剛性聯軸器，轉子的軸向竄量，基本上就是軸承的軸向游隙，可不予考慮，因此轉子的微小竄量，不會引起機械密封泄漏。

（4）對泵體、密封腔、電機等各部位進行振動測量，最大0.22cm/s，處于優良級，可排除泵振動大造成機械密封泄漏的可能。

（5）機械密封的密封氣壓力一直控制在設計范圍內（0.2～0.3MPa），沒有因為密封氣壓力過低引起機械密封泄漏。

（6）由于空分裝置是由液化空氣（杭州）有限公司整體設計、供貨，因此設備安裝過程中液空現場工程師對安裝質量全程監控，內潔工作做得非常好，泵解體檢查已得到很好驗證，泵體內沒發現任何異物。從而也排除了因摩擦副間雜物引起機械密封泄漏的可能。

以上原因排除后，認定機械密封波紋管在超低溫環境下彈簧比壓急劇下降，導致動靜環密封面貼合不緊。由于泵需要頻繁開停，波紋管低溫下不能回彈，從而導致動靜環密封面間出現縫隙，造成機械密封泄漏。

圖2 兩半式圓環和彈簧

三、機械密封的改進

（1）利用低溫材料，加工兩件內徑88mm，外徑110mm的兩半式圓環，開口處用M5 內六方螺栓緊固在波紋管兩端并緊貼波紋管座的內端面。圓環與波紋管之間有一定的緊力，防止泵運行時圓環產生振動。兩半式圓環見圖2 所示。

（2）在兩半式圓環開口的兩側對稱位置分別加工6個直徑7.8mm的盲孔，同側的6個孔均勻布置，以保證機械密封端面上彈簧比壓均勻。在另1 只圓環相對應的位置加工出12個直徑7.8mm的盲孔，以保證彈簧豎直安裝。

（3）從專業廠家訂購12個符合尺寸要求的耐低溫的彈簧。考慮到超低溫環境比較復雜，彈簧比壓理論計算偏差較大，如果彈簧安裝太多，勢必造成比壓過大，加劇動靜環的磨損，縮短機械密封的使用壽命，于是試安裝8個彈簧。泵運行1 周后，機械密封再次出現泄漏，解體檢查發現，動環定距套長度減短了2mm，表明靜環彈簧比壓過大，造成動靜環之間摩擦力太大，致使動環與軸沒有同步轉動，從而導致動環與定距套產生相對運動，由于動環的硬度遠高于定距套硬度，因此定距套出現嚴重磨損。好在泵運行時間短，機械密封動靜環密封面未發生異常磨損和尺寸上的變化，機械密封再次組裝時只保留6個彈簧。改進前的靜環見圖3，改進后的靜環見圖4。

圖3 改造前的靜環

圖4 改造后的靜環

四、小結

泵回裝后，盤車輕松無卡澀。重新啟動泵，運行情況良好，振動正常，各項工藝性能指標均達到設計要求。6個多月來，泵雖然經過數百次的啟停，運行依然穩定，機械密封密封效果良好，改造獲得成功。