通用离心泵机械密封泄漏原因分析与处理

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通用离心泵机械密封泄漏原因分析与处理侯邦华（泸天化股份公司检修）2007-05-111结构原理简介机械密封是一种旋转轴用的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个乖K于轴心线的密封端面紧贴着相对旋转，从而达到密封的要求。通用离心泵机械密封种类繁多，型号各异，但它们的池漏点基本上都表现在6处：①动、静环端面处;②静环与静环盒的辅助密封处；③动环与轴套的辅助密封处：④静环盒与密封泵体之间的密封处：⑤轴套与泵轴之间的密封处：⑥动环镶嵌结构配合处。其主要结构如图1所示。图1机械密封结构示意图1.轴杳2.密封墊3.洋簧座4.烊簧5.推场6.动环0形环7.档环8.动环9.妗环0形跖10.好环11.密封填枓12.防柃铕13.靜坏雇14.鋅环座密封垫15.镇紧螵钉16.泵轴2机械密封的故障表现（1）密封端而的故障：磨损、热裂、变形、破损（尤其是非金属密封端而）。（2）弹赞的故障：松弛、断裂和腐蚀。（3）轴助密封圈的故障：装配性的故障冇棹块、裂门、碰伤、卷边和扭|山；非装配性的故障冇变形、硬化、破裂和变质。机械密封的故障在运行中巣中表现力振动、发热、磨损，敁终以介质向外泄漏的形式出现。3机械密封泄漏的原因分析及处理一般泵用机械密封在安装后都耍经过静态和动态的试验，以确认机械密封安装E确，当发现冇泄漏时，便丁•及时进行维修。W外，在正常运转时也可能灾然出现泄漏，此时可以根据情况进行综合分析，确认导致机械密封泄漏的K正垛因，便于解决。下面就静压试验吋泄漏、周期性或阵发性泄漏和经常性泄漏3种情况分别进行说明。3.1静压试验吋泄漏 a.密封端面安装时碰伤、变形、损坏；b.密封端面间安装时夹入颗粒状杂质；c.密封端而由于定位螺钌松动或没有拧紧，压盖（静止型的静坏组件为压板）没有压紧：d.机器设备精度不够，使密封端面没有贴合；e.动静坏密封而未被压紧或压缩贵不够或损坏；f.动静环“V”形密封圈方向装反；g.轴套漏，则是轴套密封圈装配吋未被压紧或压缩贵不够或损坏。处理：加强装配时的检斉、清洗；严格按技术耍求进行装配。1.1周期性或阵发性泄漏a.转子组件轴向帘动量太人。处理：调整推力轴承，使轴的轴向窜动量不大于0.25mm。b.转子组件周期性振动。处理：找出原因并予以消除。c.密封腔内压力经常人幅度变化。处理：稳定工艺操作条件。1.2经常性泄漏3.3.1由于密封端而缺陷引起的经常性泄漏a.弹赞压缩量（机械密封压缩量）太小。b.弹簧压缩量太大，石墨动环龟裂。c.密封端谢宽度太小。处理：增大密封端而宽度，并和应增大弹簧作用力。a.补偿密封环的浮动性太差（密封團太硬或硬化或压缩量太人，补偿密封环的间隙太小）。处理：对补偿密封坏间隙太小的，增大补偿密封坏的闾隙。b.镶钻或粘结动、静环的结合缝泄漏（镶装工艺欠佳，存在残余变形；材料不均匆；粘结剂变形）。c.动、静坏损伤或裂纹。d.密封端面磨损，补偿能力消失。e.动、静环密封端而变形（端而所受弹簧作用力太大，按摩热太大，产生热变形；密封零件结构不合理、强度不够，受力而变形;由于加工等原因，密封芩件有残余变形；安装时用力不均引起变形）。处理：史换有缺陷的或损坏的密封坏。f.动、静环密封端面与轴中心线垂直度偏差过人，动、静环密封面相对平行度差过人。处理：调整密封端而。3.3.2由辅助密封圈引起的经常性泄漏a.密封圈的材料不对，耐磨、耐腐、耐温，抗老化性能太差，以致过早发生变形、硬化、破裂、融解等。b.“0”形密封圈的压缩量不对，太人，容场装坏，太小，密封效果不好。c.安装密封圈的轴（或轴套）、密封端盖和密封腔，在“0”形密封圈推进的表而有毛刺倒角不光滑或角倒圆不够大。处理：对毛刺和不光滑的倒角，应适当修整平滑，适当加人岡弧和倒角，修整平滑。 a.“0”形密封圈发生掉块、裂口、碰坏、卷边和扭曲。处理：注意装配事项。3.3.3由子弹赞缺陷引起的泄漏a.弹簧端而偏斜。b.多弹赞型机械密封，各弹赞之间的自由髙度差太人。3.3.4由于其它零件引起的经常性泄漏如传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起的泄漏。3.3.5由于转子引起的经常性泄漏如转子振动引起的泄漏。3.3.6由于机械密封辅助机构引起的经常性泄漏冲洗冷却液流量太人或太小，压力太人或太小；注意方向和位罝不对;注意质量不佳，有杂质。3.3.7由于介质的问题引起的经常性泄漏a.介质里冇:y:浮性微粒或结晶长时间积聚结果，堵塞在动环与轴之间、弹赞之间。弹赞与弹赞座之问，使补偿密封环不能浮动，失去补偿缓冲作用。b.介质里的:y:浮微粒或结晶堵在密封端面间，使密封端面迅速磨损。处理：开午前要先开冲洗冷却液阀门过-段时间再盘车开车；如加大冲洗冷却液；适当提萵介质入口温度：提高介质过滤、分离效果。1检修中需注意的几个问题在实呩检修工作中，常常容易存在一些误区，主耍足对机械密封的一些附属零部件的密封作川原理的理解卜.出现偏差。下凹就这7/而的问题作一些简单的说明。1.1弹赞压缩量越人密封效果越好其实，弹簧伍缩盘过大，会导致密封摩擦副的急剧磨损，瞬间就可能烧损。过度的压缩使弹簧产生永久塑性变形，失去调节动环端面的能力，从而使密封失效。1.2动坏密封圈越紧越好其实动环密封阖过紧冇害无益。一足加剧密封圈与轴袞间的磨损，引起过早泄漏；二足增人Y动环轴h'd调整、移动的肌力，在工况变化频繁吋无法适吋进行调整：二是弹簧过度疲劳易损坏：四是使动环密封圈变形，影响密封效果。1.3静环密封圈越紧越好静环密封圈祜本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般比较脆，过度受力极秘引起碎裂；三是安装、拆卸网难，极场损坏静环。静环的安装形式的选择耍充分考虑在相应的工况下的浮动能力，安装后能自动追随动坏而与之贴合，如果静坏密封圈过紧，使静坏安装后不能浮动，就会产生偏磨，过平的失效。1.4叶轮锁紧螺母越紧越好机械密封泄漏中，轴套与轴之阆的泄漏（轴间泄漏）是比较常见的。一般认为，轴阀泄漏就是叶轮锁紧螺母没锁紧，其实导致轴阀泄漏的因索较多，如轴间垫圈失效、偏移，轴间内冇杂质，轴与轴袞配合处冇较人的形位误差，接触面被破坏，轴h各部件间冇间隙，轴头螺纹过松等，都会导致轴间泄漏。锁紧螺母锁紧过度只会导致轴间垫圈过早失效。其实，适度拧紧锁紧螺母，可以使轴闾垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁紧螺母会自动适时锁紧，使轴间始终处丁•良好的密封状态。1.5新的比IU的好相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，但如果新机械密封的质虽或材质选择不当时，或配合尺寸误差较人时，就会影响密封 效果。在聚合性和渗透性介质中，静环如果没有出现过度磨损，还是不史换为好。因为静环在静环座中长吋间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。艿实，很多情况不，机械密封都是没有问题的，只要作适当的调整和处理，机械密封是可以继续使用的。这样，既可以节约成木，又可以减少工作量，并可以保证密封效果，足一举多得的事情。1.1拆修总比不拆好一旦机械密封出现泄漏便急•丁•拆修，这种做法足不完全对的，应该根据具体情况具体分析。其实，冇时候机械密封并没冇损坏，只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免零部件的浪费乂可以避免维修人员的无用劳动。在检修吋，应该根据实际惜况作出正确的判断，从而采取冇针对性的检修。根据密封的发展趋势，现在很多的密封在设计时就考虑设计成集装式，冇效地杜绝丫上述很多的泄漏发生。渭化水煤浆加压气化装置的运行及改进郑宝祥1，范立明1,2（1.渭河煤化工集团公司，陕西渭南714000；2.西安交通火学，陕西西安710049）2004-07-161装置运行情况我公司6.5MPa水煤浆加压气化年产300kt合成氨装置引进美国TEXACO公司PDP，由日本宇部兴产和化工部第六设计院完成详细工程设计。设计以陕西黄陵煤为原料，选用6.5MPa压力气化。气化炉两开一备，单炉投煤量650t/d,单炉产气量（C0+H2）为43000m3/h。该装置自1996年2月23日第一次化工投料试车至今，运行了9个年头，运行性能良好，单炉生产能力达到设计值。基本实现长周期稳定运行（单炉最长连续运行达51d），2003年装置连续运行189d。1.1装置运行与设计工况比较该装置原设计用黄陵煤，但由于黄陵煤灰熔点高，灰分高，难以稳定运行，于1997年7月改为甘肃华亭煤，实际煤种与设计差别大。现将煤质数据及运行数值比较列于表1、2。 *1煤莰比较*设计钪负陵（文K分16.6919.218.63内水/%3.02.778.67元震分折C69.568.364.01H4.04.G23.2407.098.5316.43•V1.21.040.71S>.20.8970.67灰番戍/rT112301217J190T2LWQ12421210T3)370ynJ25O27170262382XX)3裝2运行值与iftit值的比较项B设汴隼爭人炉煤54.6M.536.0煤策浓度/%65的,760.2打灰to人镢/>®/h•05.15U51510人沪*气鸶而？/!,174201600017400气体成分OV*17.518.1521.25OO/%47.747.W44.70H,/%33.?XV0533.4JCH/10^1506501400合成气产馕An?小52.64K.253,59K96.7%.3煤产气I.5K1.59I.S66J3.S647.fi626S比氯444細.6414.K注：①、；D、3均疳介效气（CO,H山 从表1、2数据可知，虽然煤质与原设计差别很大，煤浆入炉量增加后仍能满足后工序用气量的要求。说明该装置适应性强，操作弹性大。L2炉砖使用情况耐火砖是德士古水煤浆气化装置能否长周期运行的关键，因为耐火砖质量差或姗醒差会导致炉齪温，尤其是拱獅姗要■高，我公司气化炉出现过许多次拱顶超温现象，被迫停炉处理。再之，耐火砖使用寿命短，耐磨炉砖更换就频繁，更换炉砖不但给工厂造成损失，而且更换、养护、升温时间长达一月，在这一月里，没有备炉，给生产运行带来很大压力。我公司气化炉两开一备，最初耐火砖使用寿命仅为2000〜4000h，且多次出现拱顶超温，导致生产运行相当被动。经过改进，现在耐火砖寿命长达20000h以上，不但解决了装置原来存在的问题，而且寿命超过了国外同类装置耐火砖的最好水平。1.3开、停炉情况开、停炉情况列于表3。从表3可以看出，气化装置在我公司经历了一段艰难的历程。说明一个新技术、一套新装置，要达到长周期、高负荷运行，需要做大量的工作。即便是装置运行8年后的今天，在长周期、满负荷、稳定运行方面仍有大量的工作要做。表3开傳炉映计年份19961997I99X19992⑽）200120022003怠停炉次飲5840525749304249W弋化嫩W的停伊次败332135301183016（含IHW♦炉＞乎均运行天数3399.599.6910.2313.52212,613.7渭化装置投用以来，组织了国内众多单位参与攻关，解决了许多问题， 我公司技术人员不断总结教训，完成了数百项技术改造项目，在此将介绍几个主要的改进，以便相互借鉴，共同提高。2装置的问题及改进2.1更换煤种由于黄陵煤灰分高，灰熔点高，灰分中二氧化硅多，致使灰粘度较高， 2.2导致装置无法顺利排渣和正常运行。经过多方调查，最终选择华亭煤。该煤灰分低，灰熔点低，煤质稳定。经试烧评价，该煤灰熔点比黄陵煤低50〜80°C，煤中灰分含量少三分之一，大大减少了气化系统、排渣系统、灰水系统的事故停车次数，且生产稳定，运行工况良好，工艺参数平稳，实现了长周期稳定运行。激冷环堵塞及改进由于激冷水通过激冷环的小孔喷出，沿下降管形成均匀水膜，保护下降管免受高温气体及灰渣的烧坏，因此，水的均匀分布及充足的水量是关键。而为了保证水均匀分布，激冷环上有24个（1）15mm的小孔，以保证水均匀分布。但由于激冷水中含有悬浮物，易结垢，在整个激冷水管线形成10〜30mm厚的垢层，一旦脱落就会堵塞激冷环孔。且每次停车时，需将低温水直接切入激冷环（约为30°C），这样使原高温（约240°C）运行的管道迅速冷却。由于灰垢与金属具有不同的膨胀系数，附着于管道上的垢片脱落。脱落的垢片被水冲入激冷环中，堵塞小孔，造成激冷水分布不均，水量下降，严重时导致激冷室液位下降，不得不降负荷运行。而且严重影响下降管的寿命，并有结渣的危险。为此，结合运行与维修的经验，采取了以下改进措施：①在管线的下方设置盲法兰，收集脱落的垢片；②在管线上增设清理口；③每次停炉后彻底清理激冷水过滤器后的管线；④彻底清洗激冷环和24个孔；⑤拆除清洗激冷环的4个进水管；⑥坚持每次做水分布检查确认。采取以上措施后，再没有因激冷水量低而影响高负荷运行。2.3工艺气带灰带水装置运行初期，出洗涤塔工艺气带灰带水严重，所夹带的灰水直接危 害变换催化剂。多次因突然大量带水，来不及分离而导致催化剂进水、失活，不得不退气重新升温开车，严重影响催化剂寿命，如第一炉催化剂仅用了8个月，产合成氨50kt，给工厂造成巨大损失。为此，组织相关单位的专家研究，采取如下改进措施：①在入变换工号前增加一分离器，使夹带的水及时分离排放，保障变换催化剂的安全；②将碳洗塔塔盘进行扩孔，由4)6mm改为4)7皿；③增加碳洗塔塔顶除沫器排水管的数量，由M0腿一根增加了3根；④碳洗塔升气管加长200mm;⑤激冷室升气管加长200mm;⑥降低碳洗塔及激冷室液位操作。通过以上改进，收到了良好的效果。但我们认为，煤质好是防止带灰带水的关键，淮南化肥厂也做了上述改进，运行到后期也会出现带灰带水现象。因为煤质差，煤中灰分高，导致激冷室、碳洗塔水质差，含固量高，工艺气夹带的灰分在塔盘上沉积，堵塞塔盘孔，使工艺气穿孔速度增加，达到液泛速度，这样造成大量带水。因此，尽可能保证煤质。如果煤质差，尽可能加大循环水量，改善水质，提高洗涤效果。2.3黑、灰水管线腐蚀及改进气化炉及碳洗塔排出的灰水固体颗粒较多，当水在管内流动压力不发生变化时，流体流速在设计范围内(1〜3m/s)对管线磨损及冲刷不严重，常常是压力突然降低时造成水汽化，流速增大，磨损和冲刷就非常严重，主要磨损部位在减压阀后及泵出口大小头处，处理漏点有一定难度。因为液体温度高，闪蒸的气体常常分析不合格，严重时需停车或减负荷切水处理。因此对一个装置，如何延长管线磨漏周期，是一个关键问题。 为此，我们近几年做了以下工作。①在可减少流速的地方加限流孔板，如锁斗循环泵，起到了很好的作用。②将减压阀后易磨损弯头改为三通。易冲刷的一侧改为衬陶瓷的防冲板，大大延长了寿命。如中压到低压闪蒸罐减压阀后，改选后寿命从20d延长到60d。③管线易磨损弯头，改为可更换的弯头，内衬陶瓷，可大大延长寿命。低压闪蒸罐到真空闪蒸罐减压阀后的弯头，改用后寿命可达6〜8个月。④定期检查测厚，对弯头或易磨损件有机会就应检查测厚。如文丘里管线及几个调节阀后，通过检测，做到预知更换。⑤尽可能减少减压阀后与容器间的距离，鉴于原设计的高压减压阀（6.0〜l.OMPa）阀门直接与2.5闪蒸容器相连，不会出现严重磨损问题，只是容器内防冲板冲刷问题，只要加厚防冲板就可以。为此，我们将高压、低压闪蒸罐的减压阀直接与低压闪蒸罐相连，这样就解决了问题，可保证6〜8个月。但一定要加强防冲板，否则，灰水会冲坏防冲板，直冲闪蒸罐壁，导致容器损坏。⑥加强闪蒸罐内防冲板的厚度，并改进连接方式，有的单位己经采用螺栓固定代替焊接，这样更换更方便。总之，磨损和冲刷问题已基本解决，现在己不再制约长周期稳定运行。黑、灰水管线的结垢及改进黑、灰水系统能否长周期运行，如何控制、减少和及时清理结垢是关键。该系统由于受工艺的影响，黑灰水是清洗工艺气的灰水，经闪蒸回收热量，这样水中固含量增加，灰渣容易沉降。另外，水中钙、镁离子多，水呈碱性，虽有利于保护设备免遭腐蚀，但该水易形成钙镁垢层。再之，为了减少新鲜水的消耗，水经沉降处理还要返回系统使用，沉降效果及分散剂使用情况也严重影响结垢情况。近几年我们采取了以下措施：①针对气化炉排水管线，我们增加短节 以及高压水清洗，通过排水压差、阀位判断结垢情况，然后找机会清洗，一般一年清洗一次。②针对真空系统管线结垢，我们在管线上增加了盲法兰，以便清洗、冲洗。③针对换热器结垢影响换热的问题，我们增加了换热器前后阀，以便在线隔离清洗。④对分散剂不断研究改进，制定了严格的使用规程，确保分散剂浓度和加入的稳定性。控制好加入点不同分散剂的量。⑤对絮凝剂的选择，要严把质量关，严格控制温度，控制好絮凝剂的浓度并充分混合。确保沉降效果，使沉浆槽顶部出水固含量小于30mg/m3。通过以上措施，再未因结垢而影响装置稳定运行，至少可保证7个月的连续、满负荷运行。2.6废水回收气化系统产生部分废水，我公司原有23.8m3/h的生化处理装置，但能力太小，再之，变换产生高NH:i-N废水（NH:j_N高达10000X10-6），若这些废水排放将严重影响环境，另外甲醇洗系统有部分甲醇废水原就地排放，使我公司废水排放难以达标。为此，我们经过认真分析，认为制浆所用的水完全可用废水代替。这样不但可以处理废水，而且可以节约大量新鲜水。2000年大修期间，将所有废水送入一水槽，用专用泵经计量送入磨机，经过3年的使用证明，不会对装置运行造成大的影响。另外煤气化装置现场环境差，地面冲洗水、压滤机排放水以及捞渣机捞渣夹带的水，过去直接排入地沟，流入渭河，使我厂排水固含量严重超标。为此，我们建立了沉渣池，让这些水经沉降回收利用，每月沉渣loot以上，使排放水固含量完全达标。经过3年的运行，取得了明显的社会和经济效益。