再生碱液泵机械密封失效分析和技术改造

谢斌安

摘 要：对于聚甲醛单体装置再生碱液泵机械密封频繁失效的原因进行分析，通过改进机械密封材质和增设合适的冲洗液而取得良好的密封效果。

关键词：机械密封；泄漏；分析；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.030

0 前言

聚甲醛单体装置再生碱液泵（位号：1CPQ23）是再生碱液槽（位号：1CVQ23）底部外送泵，它将槽内的废碱液打到碱液再生蒸发器（位号：1CSQ41）内进行蒸发再回收。该泵在实际运行中经常频繁泄漏，更换新的机械密封后有时一周左右就开始轻微泄漏，一个月内漏量持续增大，最终导致无法正常使用。严重影响了装置正常运行和环保达标以及操作人员的安全。

1 基本情况

该泵为单吸悬臂卧式离心泵（型号：D11-32），该泵的机械密封采用集装单端面机械密封型号：CSS-30-JJZ1-AZC1092SSV01），动环和静环材质均为碳化硅，没有密封冲洗水。期间由于无备件，多次带病运行。平均使用寿命不到一个月，将失效的机械密封解体，发现损坏情况如下：

（1）动环和静环有环装的磨损，严重时有裂纹。

（2）动环座和轴套之间间隙小不易拆卸。

（3）密封腔内有白色的晶体颗粒和杂质。

（4）机械密封的O型圈没弹性，硬化、脆裂。

2 失效分析

该泵的机械密封是靠一对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合而达到阻漏的轴封装置，而从该泵损坏的情况看主要是由于端面失效以及密封材质和介质相容导致的，结合泵的介质和运行分析如下：

（1） PQ23运行介质主要是废碱液，碱液中含有二氧五环（Dioxolane），而二氧五环是一种优良的有机溶剂对晴橡胶等材质有腐蚀，而机械密封的O型圈材质要求必须有压缩性、回弹性并且在运行介质中不软化、不分解、不硬化、不脆裂。该泵机械密封内的O型圈材质为晴橡胶，失效时发现有硬化和脆裂的现象。所以判断应该是运行介质对泵密封有一定的腐蚀，最终导致机械密封泄漏。

（2）机械密封的动环与静环之间的密封是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）和密封液体压力在相对运动的动环和静环的接触面（端面）上产生一适当的压紧力（比压）使两个光洁、平直的端面紧密贴合，端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的作用。这层膜具有液体动压力与静压力，它起着平衡压力和润滑端面的作用。两端面之所以必需高度光洁平直是为了给端面创造完美贴合。PQ23泵运行状态为间歇运行，由于该泵没有冲洗水所以动环和静环之间的液体膜就为自身的介质，而泵在停止状态下泵内部温度降低，导致动静环之间残留的碱液形成晶体，当再次使用泵时晶体就和机械密封内的动静环摩擦导致密封磨损或开裂，引起机械密封泄漏。

（3）弹簧性能的发生变化也会直接影响机械密封端面比压。一般情况下弹簧在长时间运行后长度会缩短，补偿弹簧在动环上的机械密封还会因为离心力的原因而变形。但因碱液易结晶，所以当泵停运后碱液也会在弹簧上形成碱液结晶物，导致弹簧加荷装置失效，从而引起密封大量泄漏。

3 改进措施

根据泵失效的原因的分析，我们有针对性的从两个方面对泵进行了改造：

3.1 改变机械密封材质

3.2 用50℃热水作为冲洗液

（1）将冲洗液加在泵入口，不影响工艺使用。

（2）引入外系统50℃热水到泵密封腔作为冲洗，由于介质为碱液所以为了能保证冲洗液效果，冲洗液压力应比被密封介质大0.05--0.1MPA，同时不会产生对密封件的冲蚀。为此需控制密封腔的压力和冲洗的流速，一般冲洗液的流速应小于5m/s，含有颗粒的浆状液体须小于3m/s，为达到上述的流速值，冲洗液与密封腔压力的差值应0.5MPa，一般取单端面密封取0.05--0.1MPa，而50度热水压力为0.45MPa泵介质压力为0.4MPa刚好符合要求，冲洗液进入和排出密封腔的孔口位置，应设置在密封端面四周，且应在靠近动环侧，必要时，冲洗液可以是热水，而50℃温度能够很好的溶解碱液晶体，达到冲洗效果。改造工艺流程图如图1：

（3）主要操作方法：PQ23泵是间歇使用，当VQ23内的介质液位涨到一定值时启动泵将VQ23内介质打空后泵停止运行。然后打开泵入口50度冲洗水管线对泵进行充分冲洗后，将泵入口密排打开进行排液，排完后将冲洗水和密排关闭。所以每次使用泵后必须采取此操作既能保证密封腔的冲洗效果，同时也能解决碱泵长时间停运盘不动车的问题。

再生碱液泵自2012年3月改造完毕后现场投用情况来看，密封效果得到了明显的改善，使用寿命从原来不到一个月提高到能正常使用三到五个月，因此不但提高了泵使用周期也减少了维护和检修费用，为装置安全平稳运行打下了良好的基础。

参考文献：

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[2]王汝美.实用机械密封技术问答[M].中国石化出版社，1996（03）.

[3]郝木明.机械密封技术及应用[M].中国石化出版社，2010（04）.

[4]赵林源.机械密封实用方法与技巧[M].石油工业出版社，2009（03）.