DMT46-50*4型尿素中压甲铵泵机械密封的失效分析与优化处理

马燕超 李凌霄

摘  要：DMT46-50*4型中压甲铵泵属于对称式多级离心泵，驱动端与非驱动端轴封均采用四川日机集装式机械密封，针对该泵在运行过程中泵体两端机械密封出现频繁泄露情况，分析设备工况、介质特性、机封结构和密封材质问题，通过优化机封结构、改变密封O型圈材质和摩擦副材质，较好的解决了轴封泄漏问题，节省维修费用，延长设备运行周期。

关键词：对称多级离心泵、机械密封、泄漏、优化机封。

正文：

1 DMT46-50*4型中压甲铵泵介绍

1.1工况简介

中压甲铵泵是将尿素装置低压系统吸收提浓后的甲銨液输送至中压系统，经过中压尾气吸收后送至高压系统生成尿素。该泵流量为45m3/H，扬程为200m，NPSHa/r为8/3.8，轴功率为49.7KW，正常运行时流量为35-40m3/H，为避免甲铵液结晶，通常甲铵液温度控制在99°以上，浓度控制在40%左右，因甲铵液为强腐蚀性介质，低温易结晶，成白色正方晶系、柱状、板状或片状结晶性粉末[1]。

1.2 设备结构

DMT46-50*4型中压甲铵泵为对称式四级泵，其叶轮采用对称布置，可基本消除轴向力，残余轴向力由一对背靠背的角接触球轴承承受，避免了窜轴对机封产生的致命影响，有效的增加机封的使用寿命。泵内无平衡装置，既无平衡盘的圆盘摩擦损失又无平衡回流损失，可以提高泵的效率，同时解决平衡装置失效而导致泵的各种故障，延长泵的使用寿命[2]。

1.3 轴封形式

该泵驱动端与非驱动端的轴封均采用四川日机集装机械密封，结构为单端面平衡型机封，动、静环材质为浸锑石墨与硬质合金，动环补偿机构为单弹簧，辅助密封O型圈材质为氟胶23。机封冲洗方案采用PLAN11，所有与工艺介质接触的部件和冲洗系统管线，其材质为316L，保证机封冲洗附属设备的耐蚀性和工作稳定性。

1.4 运转情况

2016年10月份，40万尿素装置系统投用中压甲铵泵，运转一周后，机封出现泄漏，更换备用机封后，维持半月左右再次出现泄漏，这种状况持续两个月左右。这两个月份出现的泄漏情况基本一致，都属于大股泄漏状[3]。

2016年12月份，与四川日机厂家联系，将驱动端和非驱动端机封O型圈更换AFLAS材质，为聚四氟乙烯和碳氢丙烯共聚物，具有较好的耐水蒸气和耐碱能力。正常运行一个月左右，机封又出现泄漏，这种状况持续三个月左右，这次泄漏和上次不同，属于渗漏型，呈小股细流状。

2 中压甲铵泵轴封泄漏的失效分析

2.1 轴封泄漏

简单介绍两次不同阶段的中压甲铵泵机械密封装置情况。起初，中压甲铵泵机械密封零部件，动静环摩擦副材料不同，动环为浸锑石墨，静环为导热性能良好的硬质合金，静环为宽面，动环为窄面;辅助密封O型圈材质为氟胶23，动环补偿机构为单弹簧。2016年10月份出现泄漏，发现O型圈材质硬化问题导致机封泄漏后，更换AFLAS材质O型圈，代替硬化O型圈，机封重新安装后，正常运行一个月，于2016年12月份，该泵机封又出现频繁渗漏，观察分析因摩擦副动环端面磨损引起泄漏，2017年3月份联系厂家更换新的摩擦副材质，新摩擦副采用有压烧结的碳化硅+碳化硅，辅助密封O型圈采用全氟醚材质，更换新机封后，机泵运行正常，机封无泄漏现象。

2.2 原因分析

第一阶段，2016年10月份，机泵投用一周后因机封泄漏问题，按照工艺部门要求将中压甲铵泵机封拆卸，将密封部件解体后发现：机封动、静环接触面良好，除动静环O型圈硬化失效导致变形外，其他均没问题，O型圈已经硬化呈方形，是导致密封失效的主要原因。在实际生产工艺中，中压甲铵泵输送甲铵水溶液，正常工况下温度在70-90℃，输送甲铵必须处于液相状态，并且要保证输送温度必须高于甲铵的结晶温度，压力必须高于甲铵熔点以上温度所对应的平衡蒸汽压，这就决定了机封所受温度会较高且有腐蚀性，所以机封相关零部件材质必须具有耐高温老化性和腐蚀性，这是O型圈材出现硬化的主要原因，也是引起机封泄漏的主要原因。从这次机封泄漏可以得出如下结论：O型圈硬化引起机封泄漏呈均匀流水状，因设备投用时间短，机封摩擦副磨损不明显。

第二阶段，2016年12月份将，机封更换O型圈AFLAS材质后，中压甲铵泵运行一个月后，机封又出现泄漏现象，拆卸后，将密封部件解体发现以下情况。

①机械密封动环有整体磨损，表面伴有蓝绿色晶体引起的细小均匀划痕;

②机械密封静环为硬质合金，无磨损，表面光滑平整;

③辅助密封O型圈，为AFLAS材质O型圈，很软无变形硬化现象;

④弹簧无腐蚀，回弹灵活;

⑤动环与动环座支座之间略有结晶，动环动作灵活，轴与轴套间有白色甲胺液结晶体。

从图中分析可以看出，此泵机械密封摩擦副材质不一样，图1可看出仅有动环出现磨损，其材质为石墨，硬度较硬质合金较低，且输送介质又结晶，导致动环端面有细小划痕，加之擦副接触面工况不稳定，出现摩擦副端面有液膜汽化的干摩擦现象，不利于介质冲洗液生成润滑油膜，导致摩擦副磨损严重，是此次机封泄漏的主要原因。此次机封泄漏可以得出如下结论：因摩擦副材质不同，动环受到介质结晶划痕影响，造成机封泄漏。

3 结论

2017年3月份，因机泵运行周期短，环保检查严格，总结前面经验的情况下，将机封结构和部分材质进行彻底优化：将机封单弹簧改为多弹簧盒式，保证机封受力补偿均匀，动静环摩擦副采用最新改进的有压烧结形式的碳化硅+碳化硅材质，O型圈采用全氟醚材质，这样不仅解决了O型圈腐蚀问题，也改善了动静环材质硬度及耐结晶的问题，使泵在高温、结晶和腐蚀性的介质情况下，仍可以稳定运行，机封无泄漏。DMT46-50*4型中压甲铵泵，在经过多次改造和最终优化后，设备运行稳定，机封无泄漏，运行周期长达一年左右。

参考文献

[1]  张小峰.采掘机械浮动密封失效分析和改进措施[J].煤矿机械，2020，41（07）：144-146.

[2]  张玉海.化工机械密封故障原因及解决策略[J].中国设备工程，2020（12）：143-144.