泵密封組件失效原因分析與改進(jìn)方案研究

高路

摘 要：泵密封性能低，使水由泵的高壓級(jí)向低壓級(jí)流動(dòng)，形成水流在泵內(nèi)循環(huán)。經(jīng)過分析是因?yàn)楸妹芊饨M件失效。基于此，筆者提出將泵密封組件的材料由原來的鑄鐵改為填充尼龍，以提高泵的密封性能，保證泵的工作能力。

關(guān)鍵詞：泵;密封組件;填充尼龍

中圖分類號(hào)：TH32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）29-0043-03

Abstract： The low sealing performance of the pump makes the water flow from the high-pressure stage to the low-pressure stage of the pump， forming a water flow circulation in the pump. After analysis， it is because of the failure of the pump seal assembly. Based on this， the author proposed to change the material of pump sealing components from cast iron to filled nylon， so as to improve the sealing performance of the pump and ensure its working capacity.

Keywords： pump;sealing assembly;filled nylon

1 研究背景

機(jī)械密封是液體機(jī)械和動(dòng)力機(jī)械中不可缺少的零部件，其直接影響機(jī)器設(shè)備和企業(yè)的安全生產(chǎn)，特別是在石油化工企業(yè)，對(duì)保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性、裝置連續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。

隨著密封技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)密封的要求也越來越高，新技術(shù)、新概念、新產(chǎn)品、新材料、新工藝和新標(biāo)準(zhǔn)不斷出現(xiàn)，高參數(shù)（高溫、高壓、高速、大直徑）、高性能（零泄漏、無油潤(rùn)滑）和高水平（高PV值、大型剖分式、監(jiān)控）的密封產(chǎn)品不斷被研制出來。為了延長(zhǎng)工藝裝置的檢修周期和操作周期，要求機(jī)械密封的工作壽命由1年延長(zhǎng)至3年甚至更長(zhǎng)。

在泵的機(jī)械密封中，由于摩擦副工作中旋轉(zhuǎn)速度高，承受一定的壓力，加之介質(zhì)的腐蝕性和溫度變化等因素的影響，對(duì)泵的機(jī)械密封組件提出以下幾方面要求。

①泵機(jī)械密封力學(xué)性能方面：具有較高的彈性模量、強(qiáng)度及[PV]值，較低的摩擦系數(shù)和線膨脹系數(shù)，優(yōu)良的耐磨性和自潤(rùn)滑性以良好的不滲透性等[1]。

②泵機(jī)械密封腐蝕性能方面：具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能防止因介質(zhì)的腐蝕、磨蝕、溶解和溶脹等導(dǎo)致的損壞。

③泵機(jī)械密封熱力性能方面：具有良好的導(dǎo)熱性、耐熱性、耐寒性和溫度突變的適應(yīng)性。

2 泵的結(jié)構(gòu)特性及存在問題分析

2.1 結(jié)構(gòu)特性

此泵用在合成氨生產(chǎn)中，是供水洗塔洗滌合成氨氣體中CO2用水的專用設(shè)備，是14M×4×12聯(lián)動(dòng)泵，介質(zhì)為水，流量900m3/h，入口壓力0.23MPa，出口壓力3.8～4.2MPa，一軸四級(jí)葉輪，每級(jí)葉輪間的密封組件為密封環(huán)和大小保護(hù)環(huán)相互咬合組成密封裝置，共6套8環(huán)封閉四級(jí)葉輪間水流[2]。

2.2 問題分析

密封組件的材料均為鑄鐵，用于密封四級(jí)葉輪間不同壓力的水。因鑄鐵材料易磨損，耐腐蝕性能差，大大降低了密封性能，使泵高壓級(jí)的水流向低壓級(jí)的水腔，水在泵內(nèi)循環(huán)，導(dǎo)致水洗塔的打水量少，洗滌CO2能力差，設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，為了增強(qiáng)水洗塔的洗滌能力，降低CO2含量，一是定期清理塔內(nèi)60m3的填料并進(jìn)行部分更換;二是每年返沖清洗水洗塔;三是增開水洗塔的的臺(tái)數(shù)，以增加氣體洗滌的量，多開泵的臺(tái)數(shù)，以提高打水量;四是頻繁更換泵的密封環(huán)，提高泵的打水量[3]。采用這些方法對(duì)水洗塔進(jìn)氣量進(jìn)行處理，既浪費(fèi)人力、物力和財(cái)力，又不能保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改進(jìn)方案

3.1 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性和存在的問題，密封組件以機(jī)械強(qiáng)度高、耐疲勞性能突出、耐熱性能好、摩擦系數(shù)小、耐腐蝕的尼龍材料為主材，并添加硬度較高的玻璃纖維和潤(rùn)滑性能好、強(qiáng)度及剛度較高、承載能力及耐磨性好的二硫化鉬材料，從而增強(qiáng)密封組件的耐磨性能和抗腐蝕性能，提高泵葉輪間的密封能力。同時(shí)，將原來保護(hù)環(huán)的間隙量由原來的0.6～0.7mm提升為0.9～1.1mm，滿足材料的吸水膨脹量[4]。改進(jìn)前后材料性能見表1。

3.2 改進(jìn)效果

應(yīng)用Graphpad Prism 6（ GraphPad Software， Inc.， La Jolla， CA， USA）軟件對(duì)改進(jìn)前后的生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)是用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示的。在研究中，每一組內(nèi)樣本的個(gè)數(shù)為24個(gè)，每一組樣本數(shù)據(jù)都是正態(tài)分布的。筆者采用方差分析（Students t-test）來分別比較改造前和改造后水洗塔洗氣量、總水量和氣體中CO2含量之間的差別，如圖1、圖2和圖3所示。假設(shè)檢驗(yàn)是雙尾，P值小于0.05即認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[5]。通過分析，改進(jìn)后水洗塔的洗氣量比改造成前增加，總水量減少，氣體中CO2含量減少，工藝狀態(tài)良好。在保證生產(chǎn)能力的同時(shí)，減少了設(shè)備臺(tái)數(shù)，節(jié)約了能源，降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

通過對(duì)泵密封組件材料的改進(jìn)，水洗塔洗滌能力得到提高，CO2氣體洗滌量控制在2.0%范圍內(nèi)，比改造前減小，延長(zhǎng)了泵的檢修周期，減少了材料費(fèi)、檢修費(fèi)和電費(fèi)及水費(fèi)，泵的運(yùn)行周期提高了3倍，保證生產(chǎn)長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]魏龍.密封技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]蔡仁良.過程裝備液體密封[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3]顧永泉.流體動(dòng)密封[M].成都：成都科出技大學(xué)出版社，2011.

[4]顧永泉.流體動(dòng)密封[M].北京：石油大學(xué)出版社，2011.

[5]袁周，黃志堅(jiān).工業(yè)泵常見故障及維修技巧[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.