烃重组装置泵-106 机封泄漏故障分析及处理

2021-03-05侯炳颖

设备管理与维修 2021年1期

侯炳颖

（兰州石化检维修中心，甘肃兰州 730060）

1 设备概况

80 万吨/年催化汽油烃重组装置泵-106 采用丹东克隆双端面（外机封为多弹簧式、内机封为焊接波纹管式）机械密封，机封静环材料为浸青铜石墨，动环材料为SiC，冲洗方案采用PLAN 11+51 方案。该泵的工作介质为烃、溶剂、水（176 ℃），入口压力0.02 MPa，出口压力2.2 MPa，转速2950 r/min。在运行过程中，该泵频繁发生机封泄漏故障。

2 机封泄漏原因分析

从机封的拆检情况来看，机封失效表现在以下4 个方面：①机封波纹管断裂（图1）；②驱动端内机封O 形圈膨胀失效；③内机封静环抽出失效（图2）；④内机封静环破裂失效。

泵-106 采用的C65-95/C8B-90 型双端面机封总成，是由内机封和外机封两对密封组成。自开工以来，所有的密封故障均发生于内机封，除了O 形圈耐蚀性问题和波纹管断裂问题之外，其余故障现象均是在泵运行期间，该双端面机封的内机封静环防转销直径过小且一侧磨成平面（实际有效厚度仅为1 mm），机封在抽空情况下静环很容易从定位销处脱出、无法复位，造成机封动、静环不平行，机封泄漏。

机封外径与泵机封安装止扣采用一道O 形圈来进行密封，作用是阻绝内机封的径向泄漏。现场检修发现，O 形圈使用后在较短时间内均会发生膨胀和软化现象，影响使用效果，造成介质外漏。

图1 机封波纹管断裂

图2 机封静环抽出

3 机封结构改进

在该泵运行过程中，因为操作原因、运行状况会经常出现抽空的现象，且从操作上无法完全消除抽空现象，所以对原装机封进行改造。

3.1 确定改造方案

该型机封静环材料为浸青铜石墨，动环材料为SiC，冲洗方案采用PLAN 11+51 方案。

（1）针对泵经常抽空的情况，为内机封加装防抽空装置：使用环形卡簧将内机封静环固定（图3）。

（2）在机封径向O 形圈内侧增加一道O 形圈，并用聚四氟乙烯包覆O 形圈，以增强密封圈抗溶剂腐蚀的能力（图4）。

（3）为了验证该内机封在突发情况下的辅助密封作用可靠性，对其端面比压进行校核。

3.2 几何尺寸及相关工艺参数

密封端面内径d1=92.4 mm，密封端面外径d2=102.4 mm，密封直径db=95 mm；轴转速n=2950 r/min；密封端面平均直径dm=（d1+d2）/2=97.4 mm；密封面宽度b=（d1-d2）/2=5 mm；密封端面摩擦因数f=0.1（普通机械密封无实验数据时可取该值）。

由此可以计算出载荷系数K=Ae/A。

图3 加装了静环防抽空卡簧的改装机封结构

代入上式，计算得到K=0.749。

从计算结果来看，机封属于部分平衡型机封。

3.3 端面比压的计算

图4 机封辅助径向密封圈的改造情况

已知数据：动环内径d1=92.4 mm，动环外径d2=102.4 mm，平衡直径db=95 mm，弹簧个数i=12。按照该机封弹簧的使用条件，选择弹簧材料为不锈钢3Cr13，该弹簧材料剪切弹性模量G=7700 kgf/mm2，弹簧中径D=7.0 mm，弹簧丝径d=1.0 mm，弹簧有效圈数n=7，弹簧旋绕比C=D/d=7，弹簧平均压缩量Δl=3.5 mm，密封面液膜反压系数λ=0.707（液态烃），密封面载荷系数K=0.749，轴转速n=2950 r/min，密封面平均直径dm=97.4 mm，SiC—石墨许用pcv 值[pcv]=18 MPa·m/s。

（1）弹簧力。因为弹簧刚度k=9.8×（G×D）/（8×n×C4），代入数值得k=3.93 kgf/mm；又因为弹簧力代入数值得弹簧比压PT=0.108 MPa。该型机封属于中速机械密封，弹簧比压推荐值为0.15～0.3 MPa。从计算结果来看，弹簧比压值略低于推荐值。

（2）该型机封的封液压力为0.47 MPa。

（3）对于双端面机械密封，靠近大气侧的外机封端面比压计算公式为Pc=PT+（K-λ）Pf。其中，Pf为封液压力，代入数值，得Pc=0.108+（0.749-0.707）×0.47=0.128 MPa。