低温甲醇泵机械密封的改造

徐志才

（镇海石化建安工程有限公司，浙江 宁波 315207）

一、概况

镇海炼化合成氨装置低温甲醇泵4115P1、4115P2、4115P3，输送介质温度为-32～-67℃。由于这些泵介质温度较低，容易造成机械密封部件冷变形，机械密封寿命较短，平均寿命只有1个月，最短的只有1周。为此，针对存在的问题进行攻关，采取相应措施，以延长机械密封的使用寿命，满足装置正常生产的需要。

二、泵的相关参数（见表1）

表1

以上这些泵都由德国KSB公司制造，使用的机封H74N为小弹簧平衡型结构，动静环密封圈采用氟胶O形圈，机械密封的结构如图1所示。

三、存在的问题

低温甲醇泵因泵在低温工况下运行，而甲醇的渗透性又较强，密封面一旦骤冷变形，造成机械密封的端面比压发生变化，破坏了机械密封的力平衡和热平衡，密封端面温升加剧，介质气化，从而产生干摩擦现象，导致密封失效。同时动、静环O形圈在低温中发生变形，也导致了密封的泄漏。因此这些泵的机械密封使用寿命较短，已经影响了设备的正常运行。

四、密封面变形对端面比压的影响

端面比压的计算公式为

式中：Pt——弹簧比压；

P1——介质压力；

K——载荷系数；

λ——膜压系数。

弹簧比压

式中：F——弹簧力；

A——密封端面接触面积。

载荷系数

式中：D2——密封环工作面外径；

D1——密封环工作面内径；

D0——平衡直径。

对失效密封进行分析，发现机械密封的动静环面磨损不均匀，有的靠内径处磨损较大，有的靠外径处磨损较大。这是由温度分布不均或作用在密封环上的压力不均匀造成密封环变形所产生的。机械密封的密封环变形主要为受力变形和热变形，但无论哪种变形，均会破坏端面摩擦副的平面度和平行性，产生各种流体动静压效应，造成密封面承载能力过大而被打开，或承载能力过小而被严重磨损，因此要尽可能保持机械密封摩擦副的平面度和平行性。

密封面的变形会使密封接触面的内外径发生变化，导致密封端面接触面积变化，进而影响弹簧比压、载荷系数，最后导致密封的端面比压发生变化，破坏机械密封的力、热平衡，使机械密封失效。

五、改进措施

为解决低温甲醇泵机封易失效的问题，经与密封厂家共同分析研究，决定采取以下措施。

（1）首先解决O形圈的变形问题，采用了全氟醚O形圈，经一段时间的使用，密封效果比较明显。但考虑到全氟醚O形圈的价格较贵，因此没有再使用。

（2）使用包氟O形圈，也是防止密封圈变形的一种有效方法，这种改造不改变密封的结构形式，比较方便。但在实际应用中发现，包氟O形圈硬度较高，与轴套和动静环的贴合不均匀，滑动性较差，补偿能力不够，容易引起介质从密封圈处泄漏。使用一段时间，因效果不理想而停用。

（3）为了寻求更适合且经济实用的机械密封形式，决定使用波纹管静止型焊接金属波纹管机械密封。因波纹管机械密封在公司应用已相当普遍，且效果较好，但大多数用在高温泵中，低温泵中使用没有先例。因波纹管机封适应性较强，补偿追随能力好，弹力均匀，同时用柔性石墨垫作为密封圈，代替了诸如O形圈的动环密封圈，动密封泄漏点减少，使密封更加容易。波纹管机械密封的结构形式如图2所示。

因波纹管机械密封最适合用于高温环境，而要在低温中使用，重要的是要选好波纹管波片的材料，以及波纹管的加工工艺（如波片的焊接和热处理等），以适应波纹管在低温下的应用。

六、结论

机械密封改造后，不存在密封圈变形现象，密封面的变形也大为减小，使得机械密封的端面比压比较稳定，密封面温升容易控制，机械密封的运行可靠度提高，更加适应合成装置的低温泵。机械密封的平均运行寿命大为提高，在9个月以上，达到了预期的改造目标。因波纹管价格适中，密封的运行成本也有所下降。在改造前的2008年，以上这些泵共检修28台次，机械密封改造后，2009年仅检修3台次，减小了工人的劳动强度，社会效益较好，满足了装置正常生产的需要。

[1]顾永泉.机械密封实用技术 [M].北京:机械工业出版社，2001.

[2]王汝美.实用机械密封技术问答（第二版） [M].北京：中国石化出版社，2004.