白土精制裝置泵-103機封泄漏故障分析及處理

侯炳穎

摘要：白土精制裝置泵-103系雙螺桿泵，輸送的介質為吸附劑、脫氮劑，介質具有腐蝕性，介質泄漏影響環境安全。該泵機械密封平均運行15天左右，機械密封出現滲漏現象，嚴重影響裝置平穩運行。本文通過對機封泄漏原因分析、提出改進機封結構解決軸封頻繁泄漏故障。

關鍵詞：裝置泵;機封泄漏;故障分析;機構改進

1.設備概況

白土精制裝置2010年進行工藝改進，變白土精制工藝為吸附劑、脫氮劑聯合精制工藝，泵-103為雙螺桿泵，泵在運行過程中就頻繁發生機封泄漏故障。

該泵的相關工藝參數如下：

該泵用于輸送生產原料RUN-410型脫氮劑（強酸性液體），將脫氮劑注入裝置備用儲罐，同時還用于輸送裝置工藝生產完畢后的脫氮劑尾渣（高粘度、強腐蝕、多顆粒的膠狀介質），將尾渣輸送裝車運走，因此，該泵承擔輸送兩種完全不同的介質及工況，機封泄漏故障頻發。

該泵機封總成為多彈簧結構，故障現象多為包塑密封圈腐蝕融化、動靜環損傷、動靜環斷裂和彈簧失彈密封失效等。

2.故障原因分析

2.1輔助密封原因

由于該泵輸送介質為酸性制劑、絡合劑、酸酐和溶劑組成強腐蝕性和毒性混合劑，對塑料普通橡膠可以迅速溶解，造成包塑輔助“O”型密封圈腐蝕融化，橡膠材質的輔助密封圈無法滿足介質要求。

2.2介質原因

該泵介質為RUN-410型脫氮劑和脫氮劑尾渣，經常夾雜各種雜質，含固體雜質進入泵轉子之間的間隙，一方面造成轉子損傷，另一方面如果雜質體積較大，會造成轉子卡阻、電機跳閘，在此過程中常伴隨泵振動，對機封的使用不利。

2.3機封設計原因

測量原機封的各項尺寸如下：

密封端面內徑 ，外徑 ，平衡直徑 ;計算該型機封平衡系數 ，帶入數值， 。即該機封為非平衡型單端面大彈簧機封。按照標準型式機械密封平衡系數推薦表，泵用103型機械密封平衡系數推薦值為1.15-1.27，故該型機封的密封面尺寸符合技術要求。

在機械密封結構設計時，往往遇到選擇單彈簧還是多彈簧的問題，一般當軸頸小于 時，一般選擇單彈簧結構。該泵機封安裝部位軸徑為 ，按照機封設計規范，應該優先選用大彈簧，而該泵原設計采用了小彈簧結構。

小彈簧結構的缺點在于：絲徑小，介質的腐蝕性或者固體雜質對彈簧的影響較大，容易造成機封失效，這也與該泵介質的情況相符。

3.機封機構改進

3.1輔助密封圈

將輔助密封圈由橡膠材質的“O”型圈改為聚四氟乙烯材質的“V”型密封圈。聚四氟乙烯材料的彈性較差，它主要依靠結構變形，使其唇口緊貼密封面來實現密封，是一種自緊式密封。介質壓力高時，它密封性能良好，為了保證介質壓力變化變低時，密封圈保持密封性能，選擇“V”型圈時其內徑小于軸徑0.2mm，外徑大于安裝部位尺寸0.3mm，與撐圈配合使用。

3.2介質中的固體雜質問題

針對該泵入口介質中經常含有固體雜質的問題，在泵入口管線加裝專用不銹鋼過濾網，防止雜質進入螺桿泵，導致螺桿破壞、泵體振動、機封失效。

3.3機封結構方面

經過分析，對該型機封結構的主要改造在于將小彈簧結構改為大彈簧。

3.3.1彈簧材料選擇

選擇彈簧材料為熱軋彈簧鋼絲，牌號 ，由于機械密封彈簧多為作用次數在 且受沖擊載荷，查表可知該彈簧材料的許用剪應力 。

3.3.2在推薦尺寸系列當中選擇彈簧相關尺寸：

3.3.3彈簧尺寸校核

3.3.3.1計算旋繞比（彈簧指數）

3.3.3.2 選定彈簧比壓

彈性元件施加到密封端面單位面積上的力成為彈簧比壓，用 表示。彈簧比壓的作用是但介質壓力很小或者波動時仍能維持一定的端面比壓，使密封端面貼緊，保持密封性能。

選擇的新型103型機封，按照泵用機械密封彈簧比壓推薦值 范圍，對于采用聚四氟乙烯輔助密封材料的取高值，選擇 。

3.3.3.3 計算彈簧最大工作負荷 見圖1彈簧負荷變形圖

3.3.3.4計算彈簧的曲度系數（應力修正系數）

3.3.3.5 校核扭轉切應力

從校核結果來看，該彈簧無法滿足扭轉切應力條件，需要重新選擇彈簧尺寸系列。

從扭轉切應力的計算公式來看，改變 值，即彈簧截面直徑的大小對于扭轉切應力減少最為有利，故將 值重新選取為 ，再次進行校核計算可得出：

旋繞比

彈簧曲度系數

重新計算扭轉切應力

由計算結果可知，修正后的彈簧尺寸系列滿足上述強度條件。

3.3.3.6校核彈簧工作極限負荷

4.實際運行情況

自該泵安裝了新型機封，截至目前已連續運行15個月，運行效果良好。

參考文獻：

[1]顧永泉，機械密封實用技術【M】.北京：機械工業出版社，2001

[2]孫玉霞 李雙喜 李繼和等，機械密封技術.北京：化學工業出版社，2014.6