丁辛醇裝置高速泵機封泄漏分析及改進

張建宇

（中國石油大慶石化公司建設公司，黑龍江大慶163714）

高速泵轉速一般為7 000 r/min，變速箱內有3根軸，屬于立式泵。高速泵內部密封件較多，泄露的主要原因即密封件泄露。文中結合某石化公司丁辛醇裝置檢修中丁辛醇裝置高速泵的機械密封泄漏原因進行分析，并采取了多項改造措施。

1 高速泵機械密封泄漏原因分析

機械密封以及高位油罐密封構成了高速泵密封系統。高速泵機械密封的泄露點主要包括軸套與軸間的密封、動、靜環間密封、靜環與靜環座間的密封以及密封端蓋與泵體間的密封等［1］。

低壓蒸發分離器尾液泵的軸承箱側與泵殼側之間存在1個空腔，空腔的作用是一旦葉輪側機械密封或齒輪箱側機械密封出現泄漏，保證泄漏的液體均流入空腔體內，再從腔體出口排出泵殼外，一般用油杯存儲，這樣操作人員便知機封泄漏。此時需通過補充潤滑油來緩解漏油問題，并要定期補充潤滑油，丁辛醇裝置高速泵的密封油罐內的壓力值設置為0.1 MPa，一旦低于此值就需補液。不僅增加成本，也解決不了根本問題，最后只能是介質與密封液及齒輪箱潤滑油全部流入腔內通過油杯顯示，這樣不僅導致介質大量泄露，而且還會使密封油罐內的壓力過高，導致密封系統嚴重磨損。在正常運轉時，機械密封動環與連接軸同步轉動，不發生相對運動。軸與軸套及動環與軸套之間的密封主要靠O形圈實現靜密封。而軸套的磨損則說明密封油罐內的壓力過高，使得動環與軸套之間發生了相對運動，導致機械密封泄露［2］。

丁辛醇的高速泵最高轉速達7 000 r/min。在較高轉速下，易造成端面較大的相對滑動，并產生大量摩擦熱量，使介質產生氣蝕現象。如果氣蝕量過大，對泵殼內造成嚴重損傷，還會導致轉子出現振動，對高速泵機械密封也會造成損傷，如果機械密封的動靜環磨損嚴重，將直接導致介質泄漏。

2 尾液泵機封泄漏的問題

丁辛醇裝置高速泵的機械密封由3組動靜環之間配合密封，其中葉輪側機械密封是2個靜環共用1個動環，密封腔內用白油進行密封，而齒輪箱側用1組動靜環對齒輪箱側潤滑油進行密封。理論上，密封面產生的所有承載能力應用于負荷微凸體機械接觸承載與流體膜承載。因此，在高速泵正常運轉時，后兩者的產生的承載力應與前者的承載力相等。然而，根據對高速泵軸套的磨損情況進行分析與計算，對于造成高速泵機械密封泄露的原因判斷中，可歸結為尾液泵在運行過程中由于外置密封油罐內白油壓力過大導致葉輪側動靜環之間磨損嚴重，造成尾液泵的機封泄漏。還有1種可能是密封O型圈是丁苯橡膠材質，不耐油，造成O型圈膨脹，是動靜環之間承受來自O型圈的膨脹壓力，導致機封泄漏。

3 尾液泵機封的改造

通過對高速泵機械密封泄露原因的分析，結合高速泵實際裝配、使用情況，總結出消除高速泵機封泄露現象關鍵要降低高速泵泵體中機封面的載荷，而增加磨損軸套裝配間隙的方法最為有效。

3.1 靜環和O型圈的改造

大多數機械密封的靜環選用樹脂石墨，而石墨環在高速泵高轉速運作過程中發生磨損產生的粉末會隨著軸承運動聚集在O型圈處，尤其是當粉末聚集在聚四氟乙烯刃形的密封處，不但會使密封刃產生壓痕，嚴重時還將影響補償環作用的發揮。在改造過程中，靜環選用了強度高耐高溫以及摩擦性能較好的浸銀石墨環，以保障高速泵運轉的穩定性［3］。

保證O型圈彈性對保障高速泵的機械密封性能極為關鍵。根據對O型圈膨脹原因的分析可知，丁苯橡膠不耐白油，需要將O型圈的密封材質更換為耐油的全氟醚橡膠。丁辛醇裝置高速泵密封圈的數量非常多，多次泄漏的原因均源于O型圈，因此選擇O型圈時要考慮所接觸的介質，需有效保障O形圈密封效果，提高機械密封的可靠性。

3.2 51D及51C動環的改造

對于丁辛醇裝置高速泵機封（51D及51C）而言，其端面比壓值具有密封端面2側的壓力為零的特點，所以若是高速泵機械密封的端面比壓值較大，反而會使機械密封磨損加劇。因此對于高速泵機械密封的改造應在保持原有的端面比壓不變的基礎上對動環進行重新設計，采取新的變動環的材質和結構。動環的材質可選用硬質的合金材料，軸套選用314材質，同時需加大動環厚度［4］。

3.3 尾液泵的吸入側改造

丁辛醇裝置高速泵入口處一般未設置Y形過濾器，導致大量的雜質就會從入口進入到高速泵的內部，導致其機械密封的泄露的進一步嚴重化。因此，在對高速泵進行安裝時必須在介質的入口處安裝1個Y形過濾器，以便達到過濾大量顆粒雜塵，改善丁辛醇裝置此類高速泵的工作環境。

（4）靜環補償元件的設計改造

丁辛醇裝置的高速泵整體泵腔的尺寸無法調整，一般通過增加補償元件的補償量來改善效果。必須注意的是，一般的補償元件采用多彈簧的形式。使用彈簧的最大缺點是如果增大彈簧的補償量，時間過長將會導致彈簧失效［5］。

除此之外，由于丁辛醇的高速泵產生的轉速最高可達10 275 r/min，因此，此類高速泵在高速運作時導致的高速振動，也是高速泵發生機械密封泄露的因素之一。所以為改善尾液泵機封泄露的情況，需要對補償元件進行進一步的改造或選型。鑒于此，可供使用的具體方法就是在不對軸向尺寸進行調整的前提下，調整、改變靜環彈性元件的材質、結構。往往補償元件采用波紋管的形式會更優于彈簧的形式，較好發揮密封的補償性能，更加有效的降低補償機構的摩擦力，進而改善了靜環的隨意性。此外，相對與多彈簧機構，金屬波紋管能夠有效的彌補尾液泵高速旋轉彈性補償的不足。同時，在加上對靜環及動環的大力的改造創新下，大大延長了丁辛醇裝置此類高速泵機封的使用壽命，提高了工作效率。

4 結束語

某石化丁辛醇裝置在高速泵長期頻繁的檢修過程中，經過一系列的泄露原因分析，總結經驗，最終在機械密封改造上取得重大突破，不僅提高了工作效率，避免不必要的切換停車時間，節省了檢修人員的用工成本，同時降低了生產成本，確保了生產裝置的平穩長效。