糠醛離心泵密封改造

郭瑞博，劉建芳，葛廣新

（克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

2 套糠醛P-214 為單級懸臂式離心泵，它的進口壓力為常壓，出口壓力為0.8～1.0 MPa，介質為糠醛，介質溫度為180 ℃，該泵采用的雙端面密封為丹東密封（國產機封），輔助密封形式為輔助系統PLAN21+53B 形式，隔離液的壓力為0.5 MPa。該密封從2015 年6 月—2016 年7 月，出現密封泄漏5 次，使用壽命遠少于設計壽命。糠醛作為潤滑油精制中的選擇性溶劑，將潤滑油原料中的非理想組分溶解、分離，保留其理想組分，提高潤滑油質量。它本身具有以下物理特性：25 ℃時密度，1.156 3 g/cm3；常溫下沸點，161.8 ℃；熔點，-36.5 ℃；閃點（開杯），56 ℃；38 ℃時運動黏度，0.907 mm2/s。

從2015 年安裝至今，密封泄漏出現的主要問題是介質側動環聚四氟乙烯包覆硅橡膠O 形圈已經高溫融化、飛邊，介質側石墨端面也有較深磨痕，伴有干摩擦跡象，介質側靜環聚四氟乙烯包覆硅橡膠O 形圈硬且較脆，已經嚴重高溫碳化、變方，失去彈性，軸套介質端有大量雜質堆積，二級動靜環氟橡膠密封圈已經溶脹，二級密封石墨靜環和SIC 動環端面磨痕較均勻，分析機封泄漏原因為密封腔溫度過高，介質側動靜環密封圈高溫熔化、碳化、端面干摩擦等原因導致首級機封失效，且二級密封的隔離液壓力低于介質密封腔的壓力，未對二級密封起到保護作用，介質倒流導致二級密封輔助密封圈溶脹，二級密封也失效，造成隔離液腔的補償環密封圈出現溶脹現象。部件如圖1所示。

圖1 部件照片

1 故障原因分析

從拆卸的情況來看，介質側和隔離液側補償環密封圈都存在不同程度的磨損，介質側密封動環與軸套之間結焦嚴重，隔離液側靜環存在開裂現象，動環未見明顯缺陷。

1.1 密封結構不合適

由于介質溫度180 ℃正好在廠家波紋管和彈簧密封設計的臨界點，泵廠采用的是彈簧串聯的結構形式，這種結構設計首先要保證沖洗方案中的隔離液的換熱器必須完全循環，如果循環不好密封端面和輔助密封圈會直接受到溫度上升的影響，造成密封泄漏。機械密封的彈簧具有足夠的強度，耐介質的腐蝕和在工作溫度下長期使用剛度不衰減或衰減很少，該機械密封中彈簧采用0Cr17Ni12Mo2（奧氏體不銹鋼），使用溫度-100～200 ℃，由于介質溫度是180 ℃，在實際機泵運行中存在摩擦，使得密封處的介質溫度大于180 ℃，超過彈簧密封的設計允許溫度，導致彈簧補償效果隨著時間的推移變差，引起密封泄漏。拆解機封也發現彈簧的彈力性變差。

1.2 介質側補償環密封圈（O 形圈）密封效果不良

介質側補償環密封圈采用全包覆的復合O 形圈，有效確保O 形圈的耐介質性能、耐溫性和優異的摩擦特性，硅橡膠則提供了密封圈極好的壓縮回彈特性，確保了復合密封圈具有較好的綜合性能。包覆O 形圈不僅可以防止密封圈由于局部應力集中而損壞，而且有利于避免密封圈擠出，這個O 形圈密封中存在的固有問題。聚四氟乙烯提升了包覆O 形圈整體的強度，均勻穩定的應力分布保證了密封的穩定性，因此選用包覆O 形圈可以有效提高補償環密封圈的密封效果。但聚四氟乙烯本身的線膨脹系數較大，且在負荷長期作用下，蠕變（蠕變是指在一定的溫度和恒定壓力作用下，材料的形變隨時間的增加而增大的現象）較大；PTFE 硬度較低，磨耗較大，導熱差，易造成熱膨脹、熱疲勞和熱變形。

由于在多彈簧集裝式密封中動環O 形圈安裝在軸套與動環配合處，不僅要求它們在動環與軸套之間起密封作用，而且要求其有很好的微動性。因為橡膠/金屬接觸副的微動運行特性直接決定了補償環的浮動性和追隨性，對主密封端面的間隙、泄漏量、壓力分布及液膜厚度等均有重要的影響。根據《密封用PTFE 復合材料的壓縮蠕變性能》的研究，純PTFE 及其復合材料的壓縮蠕變量均隨著載荷的增加和溫度的升高而變大。同時在摩擦過程中由于生熱會使PTFE 復合材料的溫度升高，引起蠕變量發生變化，導致摩擦界面接觸力發生一定的變化，從而進一步影響復合材料的摩擦磨損性能。因此采用全包覆的復合O形圈在密封溫度升高和橡膠/金屬接觸副的微動造成接觸表面磨損、加速疲勞裂紋的萌生與擴展，造成包覆O 形圈高溫碳化、變方，失去彈性[1]。

1.3 隔離液系統循環不良

系統采用白油作為隔離液，冷卻換盤管換熱面積為0.45 m2，出現故障時現場測量發現，冷卻器冷卻水入口管線溫度約為25 ℃，出口管線溫度約為30 ℃，隔離液出密封腔處管線的溫度約為60 ℃，入密封處管線溫度42 ℃，高點放空處隔離液清潔無異物，冷卻器盤管不存在穿孔泄漏其表面也無明顯結垢現象，由此可判斷隔離液系統循環情況較好。同時將隔離液的壓力設定在0.4～0.5 MPa，壓力低于0.4 MPa 進行手動打壓，使壓力維持在0.4～0.5 MPa。

2 解決措施

2.1 對密封進行優化和提高

本次介質側補償結構采用波紋管結構，波紋管的材料選用哈氏合金，它具有耐高溫、耐腐蝕而且彈性好，且在高溫下能夠長期使用，剛度不會衰減，保證在使用過程中對密封端面的閉合力。

2.2 介質側O 形圈材料提高

采用波紋管的結構提高了密封的耐溫性，減少了一個輔助密封點，同時減少補償結構的摩擦阻力，改善了追隨性，更好保證密封的使用效果。不存在介質側密封圈失效問題。

3 總結

使用波紋管串聯彈簧形式的密封后，再加上通過良好操作和保養檢查，實現了密封壽命的延長，達到長周期運行的既定目標，保證該泵的安全生產順利進行。