耐腐蝕泵機械密封的改造

陳明 胡云 包磊磊（兗礦魯南化工有限公司 山東 滕州 277527）

引言

兗礦魯南化工有限公司醋酸丁酯裝置中，蒸發器循環泵采用的是煙臺龍港耐腐蝕泵有限公司提供的L Z E型泵。此泵是單級離心泵，主要零部件有泵體、泵蓋、葉輪、軸、機械密封、聯軸器等組成。它所輸送的液態醋酸、醋酸丁酯混合液具有較強腐蝕性，加熱后進入反應精餾塔，是醋酸丁酯裝置的重要設備。其具體的工作參數為:轉速n=1470 r/min、介質溫度T=130℃、流量Q=575 m3/h、設計壓力1.6 Mpa，泵體材質：S 31803，電機功率為80 K W。機械密封采用的是丹東克隆集團C 8 B型集裝式機械密封，機封材質：S 31803，沖洗方案：A P IP L A N 11+52。自投用以來，機封頻繁發生泄漏，每次檢修完，機械密封使用兩個月左右就又出現泄漏，嚴重影響到設備的正常運行，制約著系統的長周期運行。所以對機組的機械密封進行改造刻不容緩，減少設備現場操作以及檢修的工作量，提高生產效率，一定程度節約能源，提高設備運行安全可靠性。

一、該泵機械密封在生產運行中存在的問題

此泵原來采用的是C 8 B型集裝式雙端面機械密封。機械密封是由流體壓力（介質壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環的端面上產生一個適當的比壓（壓緊力），使兩個接觸端面（動環、靜環端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。C 8 B型集裝式機封是兩套機封串聯安裝，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，二級封液介質為脫鹽水，它也可對摩擦副起滑潤和冷卻作用，防止工作介質泄漏。

經過運行過程中機封出現泄漏多次的檢修，拆檢，對于該泵的C 8 B型機械密封存在的問題進行了總結。

(1)機械密封失效較快。據維修記錄統計，其使用壽命僅為兩個月左右，消耗了大量的零配件。經過多次對該泵的拆卸解體，發現一般是由于一級機封破裂，介質大量進入二級密封后，引起隔離液位迅速上升，泄漏量過大，導致機封失效。

(2)結構復雜，由二套普通機封組成，對機封之間配合有要求。每套機封尺寸固定，彈簧壓縮量無法調整，兩級機封串聯后密封點多，動靜環固定點多，兩級機封支架間有密封墊片防漏，造成可能泄漏的點大量增加。

(3)無法用在含顆粒及粘性的介質中。泄漏失效的機封拆檢后會發現，密封面內有圓柱形的傷痕，很可能是介質中的雜物進入密封面造成的，還有些密封面上有環形的溝槽，多數是固體微粒沉積于密封面而引起的。由于醋酸丁酯裝置母液中可能含有顆粒及粘性的雜質，容易對機封造成這些傷害。

(4)彈簧暴露在介質中，受介質溫度及腐蝕影響造成彈簧失效。一級密封彈簧材質為316 L，由于介質為醋酸、醋酸丁酯等的混合液，腐蝕性較強，而且由于介質的撕去腐蝕性較強，造成拆檢下的彈簧有明顯的腐蝕現象，彈簧彈性大大降低，彈簧壓縮力減小，造成機封失效泄漏。

(5)安裝尺寸無法調節，容易裝壞，對安裝工作要求較高，而且在泵使用一段時期后，因為泵老舊出現的偏差會造成機封損壞。此機封安裝尺寸是無法調節的，而且彈簧的壓縮量已經固定，集裝式的機封在安裝尺寸無法調節的情況下，安裝過程的一些震動很容易造成動靜環的碎裂，需要安裝工人小心翼翼的安裝，對安裝要求高，操作不便。由于對安裝尺寸要求很高，稍有偏差會造成機封損壞，特別在泵使用一段時期后，因為泵老舊出現的偏差會造成機封損壞。

(6)機封彈性密封用的是四氟V圈，沒有彈性，耐熱性能差。因動靜環在高速運轉中，密封面上會產生熱。因密封面產生的熱較高，所以四氟V圈有繼續軟化的危險，最終失去彈性而泄漏。

二、針對缺陷問題對機械密封進行改造

對該泵在生產運行中機封泄漏問題的分析，把檢修中發現的機封泄漏的各種原因進行匯總后，通過對該泵集裝式雙端面機封結構、零件材質等進行有針對性的改造，對該泵C 8 B型機械密封存在的問題進行一一解決。

(1)改變兩套普通機封串聯的結構，由一組機封單獨組成，中間使用一個獨立的軸套，兩端為動環，中間配對兩組靜環，將彈簧數量減為一組。使構簡單明了，大幅降低了零件的使用數量，從而減少密封點數量，有效的降低了泄漏的可能性。

(2)改變密封腔體結構，可用于含顆粒及粘性介質。由于減少使用了一組彈簧，動環分布在機械密封兩頭，中間的密封腔體容積變大。醋酸丁酯母液中，當有細微顆粒及粘性等雜質進入腔體后，可以有足夠的空間被密封液流在循環中快速將雜質帶走，從而有效減少對動靜環密封面的磨損。

(3)將機封彈簧包裹在機封動靜環內，沉浸在脫鹽水隔離液中，不受介質溫度及腐蝕性影響。通過這種方法，使得彈簧不直接接觸介質，在一級密封不泄漏的情況下，彈簧始終工作在二級脫鹽水的隔離液中；在一級密封少量泄漏的情況下，同樣可以由于二級密封液脫鹽水的循環稀釋，使彈簧的工況環境大為提升，不受介質溫度及腐蝕影響，保證彈簧保持正常彈力，在密封面磨損時及時補償，在受到振動、竄動時起到緩沖的作用，從而保證機封的密封性能。

(4)改善安裝尺寸無法調節的情況。機封設計為一組機封單獨組成的結構，外壓蓋與靜環的連接采用兩道O型圈密封，使安裝尺寸軸向可以有±3-5 mm的調節調節范圍；中間靜環兩邊動環的結構，使機封在徑向可以有0.3 mm的范圍進行調節。軸向的3-5 mm大范圍調整預留空間，可以使安裝工作從容方便，可在惡劣工作環境中提高安裝效率。徑向的可調節范圍足以保證機械密封不受機泵運行過程中震動等情況的影響，同時，泵在長時間使用后，由于安裝尺寸可以調節，可以消除泵老舊產生的誤差，保證了機封的安裝使用效率。

(5)機封的彈性密封圈材質改為全氟醚橡膠。全氟醚橡膠具有優異的耐腐蝕性，并且具有均質性，表面沒有滲透、開裂和針孔等困擾。全氟醚橡膠同樣有優異的耐高溫性能。耐熱性方面（以J I SK 6301等壓縮變形測試結果為基準），全氟醚橡膠在300°C的高溫下，也能保持橡膠的彈性特征。在J I S K 6301壓縮永久變形試驗中，全氟醚橡膠產品的壓縮永久變形始終保持在50%以下。這證明了其在高溫下也能保持良好的彈性。這滿足了此泵溫度等方面的要求，使機封密封圈不會因密封面產生的熱較高而失效。

根據上述的改造措施，改造使用Z/HR 2型集裝式機械密封，解決因為C 8 B型機封結構復雜、不合理造成的機封軸向、徑向竄量無法調整等問題，同時采取改變密封圈材質為全氟醚橡膠等措施，聯系煙臺龍港耐腐蝕泵有限公司將改造的機封生產制造出來，進行試用。

改造后的Z/HR 2型機封結構如下圖所示。

改造后的Z/HR2型機封結構圖

三、機封改造后的效果

我們對兩臺機泵試用改造后的機封，經過長時間的運行試用檢驗，改造后機械密封完全滿足醋酸丁酯裝置蒸發器循環泵的使用工況。改造后機封具有以下優點：

（1）大幅延長使用壽命。改造后的機封使用壽命達到一年左右，相比原裝機封的兩個月使用時間大幅提高。

（2）機封抗振性好。改造后的機封不僅安裝方便，而且對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感，使機泵在裝置加減量等運行工況改變的情況下正常使用，提高設備運行可靠性。

（3）改造后機械密封無論是技術、質量、使用效果，還是規格尺寸，均能完全替代原裝機械密封，而且，個別部件比原裝機封部件性能更優。

（4）改造后機械密封采購周期只需要2周，比原裝件采購周期8周縮短了6周時間，能夠及時保障生產需要。

（5）改造后機械密封使用成本僅需3萬元/套，而原裝機械密封則需要近4萬元/套，而且壽命的延長可以使一臺機泵一年時間少用5套機封，大大降低了使用成本。

通過對醋酸丁酯裝置耐腐蝕泵機械密封的成功改造，降低了設備事故率，提高設備作業率，減少了檢維修的工作量，降低了使用成本，取得了良好的經濟效益，更重要的是保障了設備的安全穩定長周期運行，達到了預期的目的。

[1]匡照忠.化工機器與設備[M].北京：化學工業出版社，2006.

[2]顧永泉.機械密封實用技術[M].北京：機械工業出版社，2001.

[3]王燦.泵用機械密封選型時的技術因素分析[J].設備管理與維修，2009，（5）.