糠醛离心泵密封改造

郭瑞博，刘建芳，葛广新

（克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834003）

0 引言

2 套糠醛P-214 为单级悬臂式离心泵，它的进口压力为常压，出口压力为0.8～1.0 MPa，介质为糠醛，介质温度为180 ℃，该泵采用的双端面密封为丹东密封（国产机封），辅助密封形式为辅助系统PLAN21+53B 形式，隔离液的压力为0.5 MPa。该密封从2015 年6 月—2016 年7 月，出现密封泄漏5 次，使用寿命远少于设计寿命。糠醛作为润滑油精制中的选择性溶剂，将润滑油原料中的非理想组分溶解、分离，保留其理想组分，提高润滑油质量。它本身具有以下物理特性：25 ℃时密度，1.156 3 g/cm3；常温下沸点，161.8 ℃；熔点，-36.5 ℃；闪点（开杯），56 ℃；38 ℃时运动黏度，0.907 mm2/s。

从2015 年安装至今，密封泄漏出现的主要问题是介质侧动环聚四氟乙烯包覆硅橡胶O 形圈已经高温融化、飞边，介质侧石墨端面也有较深磨痕，伴有干摩擦迹象，介质侧静环聚四氟乙烯包覆硅橡胶O 形圈硬且较脆，已经严重高温碳化、变方，失去弹性，轴套介质端有大量杂质堆积，二级动静环氟橡胶密封圈已经溶胀，二级密封石墨静环和SIC 动环端面磨痕较均匀，分析机封泄漏原因为密封腔温度过高，介质侧动静环密封圈高温熔化、碳化、端面干摩擦等原因导致首级机封失效，且二级密封的隔离液压力低于介质密封腔的压力，未对二级密封起到保护作用，介质倒流导致二级密封辅助密封圈溶胀，二级密封也失效，造成隔离液腔的补偿环密封圈出现溶胀现象。部件如图1所示。

图1 部件照片

1 故障原因分析

从拆卸的情况来看，介质侧和隔离液侧补偿环密封圈都存在不同程度的磨损，介质侧密封动环与轴套之间结焦严重，隔离液侧静环存在开裂现象，动环未见明显缺陷。

1.1 密封结构不合适

由于介质温度180 ℃正好在厂家波纹管和弹簧密封设计的临界点，泵厂采用的是弹簧串联的结构形式，这种结构设计首先要保证冲洗方案中的隔离液的换热器必须完全循环，如果循环不好密封端面和辅助密封圈会直接受到温度上升的影响，造成密封泄漏。机械密封的弹簧具有足够的强度，耐介质的腐蚀和在工作温度下长期使用刚度不衰减或衰减很少，该机械密封中弹簧采用0Cr17Ni12Mo2（奥氏体不锈钢），使用温度-100～200 ℃，由于介质温度是180 ℃，在实际机泵运行中存在摩擦，使得密封处的介质温度大于180 ℃，超过弹簧密封的设计允许温度，导致弹簧补偿效果随着时间的推移变差，引起密封泄漏。拆解机封也发现弹簧的弹力性变差。

1.2 介质侧补偿环密封圈（O 形圈）密封效果不良

介质侧补偿环密封圈采用全包覆的复合O 形圈，有效确保O 形圈的耐介质性能、耐温性和优异的摩擦特性，硅橡胶则提供了密封圈极好的压缩回弹特性，确保了复合密封圈具有较好的综合性能。包覆O 形圈不仅可以防止密封圈由于局部应力集中而损坏，而且有利于避免密封圈挤出，这个O 形圈密封中存在的固有问题。聚四氟乙烯提升了包覆O 形圈整体的强度，均匀稳定的应力分布保证了密封的稳定性，因此选用包覆O 形圈可以有效提高补偿环密封圈的密封效果。但聚四氟乙烯本身的线膨胀系数较大，且在负荷长期作用下，蠕变（蠕变是指在一定的温度和恒定压力作用下，材料的形变随时间的增加而增大的现象）较大；PTFE 硬度较低，磨耗较大，导热差，易造成热膨胀、热疲劳和热变形。

由于在多弹簧集装式密封中动环O 形圈安装在轴套与动环配合处，不仅要求它们在动环与轴套之间起密封作用，而且要求其有很好的微动性。因为橡胶/金属接触副的微动运行特性直接决定了补偿环的浮动性和追随性，对主密封端面的间隙、泄漏量、压力分布及液膜厚度等均有重要的影响。根据《密封用PTFE 复合材料的压缩蠕变性能》的研究，纯PTFE 及其复合材料的压缩蠕变量均随着载荷的增加和温度的升高而变大。同时在摩擦过程中由于生热会使PTFE 复合材料的温度升高，引起蠕变量发生变化，导致摩擦界面接触力发生一定的变化，从而进一步影响复合材料的摩擦磨损性能。因此采用全包覆的复合O形圈在密封温度升高和橡胶/金属接触副的微动造成接触表面磨损、加速疲劳裂纹的萌生与扩展，造成包覆O 形圈高温碳化、变方，失去弹性[1]。

1.3 隔离液系统循环不良

系统采用白油作为隔离液，冷却换盘管换热面积为0.45 m2，出现故障时现场测量发现，冷却器冷却水入口管线温度约为25 ℃，出口管线温度约为30 ℃，隔离液出密封腔处管线的温度约为60 ℃，入密封处管线温度42 ℃，高点放空处隔离液清洁无异物，冷却器盘管不存在穿孔泄漏其表面也无明显结垢现象，由此可判断隔离液系统循环情况较好。同时将隔离液的压力设定在0.4～0.5 MPa，压力低于0.4 MPa 进行手动打压，使压力维持在0.4～0.5 MPa。

2 解决措施

2.1 对密封进行优化和提高

本次介质侧补偿结构采用波纹管结构，波纹管的材料选用哈氏合金，它具有耐高温、耐腐蚀而且弹性好，且在高温下能够长期使用，刚度不会衰减，保证在使用过程中对密封端面的闭合力。

2.2 介质侧O 形圈材料提高

采用波纹管的结构提高了密封的耐温性，减少了一个辅助密封点，同时减少补偿结构的摩擦阻力，改善了追随性，更好保证密封的使用效果。不存在介质侧密封圈失效问题。

3 总结

使用波纹管串联弹簧形式的密封后，再加上通过良好操作和保养检查，实现了密封寿命的延长，达到长周期运行的既定目标，保证该泵的安全生产顺利进行。