耐腐蚀泵机械密封泄露原因及改进措施
耐腐蚀泵机械密封泄露原因及改进措施
摘要：在兖矿鲁南化工有限公司醋酸丁酯装置中采用的蒸发器循环泵，其输送介质腐蚀性强，机械密封在泵运行中出现易泄漏，使用寿命短的问题。经对其机械密封泄漏原因进行分析后，将该泵的C8B型机械密封改造为Z/HR2型机械密封，解决了该泵机械密封易泄漏的难题，改造后的机械密封使用情况良好，保障了设备的长周期运行，为装置能够平稳的运行奠定了良好的基础。
引言
兖矿鲁南化工有限公司醋酸丁酯装置中，蒸发器循环泵采用的是烟台耐腐蚀泵有限公司提供的LZE型泵。此泵是单级离心泵，主要零部件有泵体、泵盖、叶轮、轴、机械密封、联轴器等组成。它所输送的液态醋酸、醋酸丁酯混合液具有较强腐蚀性，加热后进入反应精馏塔，是醋酸丁酯装置的重要设备。其具体的工作参数为:转速n=1470r/min、介质温度T=130℃、流量Q=575m3/h、设计压力1.6MPa，泵体材质：S31803，电机功率为80KW。机械密封采用的是丹东密封公司C8B型集装式机械密封，机封材质：S31803，冲洗方案：APIPLAN11+52。自投用以来，机封频繁发生泄漏，每次检修完，机械密封使用两个月左右就又出现泄漏，严重影响到设备的正常运行，制约着系统的长周期运行。所以对机组的机械密封进行改造刻不容缓，减少设备现场操作以及检修的工作量，提高生产效率，一定程度节约能源，提高设备运行安全可靠性。
一、该泵机械密封在生产运行中存在的问题
此泵原来采用的是C8B型集装式双端面机械密封。机械密封是由流体压力(介质压力)和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压(压紧力)，使两个接触端面(动环、静环端面)相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。C8B型集装式机封是两套机封串联安装，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，二级封液介质为脱盐水，它也可对摩擦副起滑润和冷却作用，防止工作介质泄漏。
经过运行过程中机封出现泄漏多次的检修，拆检，对于该泵的C8B型机械密封存在的问题进行了总结。
(1)机械密封失效较快。据维修记录统计，其使用寿命仅为两个月左右，消耗了大量的零配件。经过多次对该泵的拆卸解体，发现一般是由于一级机封破裂，介质大量进入二级密封后，引起隔离液位迅速上升，泄漏量过大，导致机封失效。
(2)结构复杂，由二套普通机封组成，对机封之间配合有要求。每套机封尺寸固定，弹簧压缩量无法调整，两级机封串联后密封点多，动静环固定点多，两级机封支架间有密封垫片防漏，造成可能泄漏的点大量增加。
(3)无法用在含颗粒及粘性的介质中。泄漏失效的机封拆检后会发现，密封面内有圆柱形的伤痕，很可能是介质中的杂物进入密封面造成的，还有些密封面上有环形的沟槽，多数是固体微粒沉积于密封面而引起的。由于醋酸丁酯装置母液中可能含有颗粒及粘性的杂质，容易对机封造成这些伤害。
(4)弹簧暴露在介质中，受介质温度及腐蚀影响造成弹簧失效。一级密封弹簧材质为316L，由于介质为醋酸、醋酸丁酯等的混合液，腐蚀性较强，而且由于介质的撕去腐蚀性较强，造成拆检下的弹簧有明显的腐蚀现象，弹簧弹性大大降低，弹簧压缩力减小，造成机封失效泄漏。
(5)安装尺寸无法调节，容易装坏，对安装工作要求较高，而且在泵使用一段时期后，因为泵老旧出现的偏差会造成机封损坏。此机封安装尺寸是无法调节的，而且弹簧的压缩量已经固定，集装式的机封在安装尺寸无法调节的情况下，安装过程的一些震动很容易造成动静环的碎裂，需要安装工人小心翼翼的安装，对安装要求高，操作不便。由于对安装尺寸要求很高，稍有偏差会造成机封损坏，特别在泵使用一段时期后，因为泵老旧出现的偏差会造成机封损坏。
(6)机封弹性密封用的是四氟V圈，没有弹性，耐热性能差。因动静环在高速运转中，密封面上会产生热。因密封面产生的热较高，所以四氟V圈有继续软化的危险，最终失去弹性而泄漏。
二、针对缺陷问题对机械密封进行改造
对该泵在生产运行中机封泄漏问题的分析，把检修中发现的机封泄漏的各种原因进行汇总后，通过对该泵集装式双端面机封结构、零件材质等进行有针对性的改造，对该泵C8B型机械密封存在的问题进行一一解决。
(1)改变两套普通机封串联的结构，由一组机封单独组成，中间使用一个独立的轴套，两端为动环，中间配对两组静环，将弹簧数量减为一组。使构简单明了，大幅降低了零件的使用数量，从而减少密封点数量，有效的降低了泄漏的可能性。
(2)改变密封腔体结构，可用于含颗粒及粘性介质。由于减少使用了一组弹簧，动环分布在机械密封两头，中间的密封腔体容积变大。醋酸丁酯母液中，当有细微颗粒及粘性等杂质进入腔体后，可以有足够的空间被密封液流在循环中快速将杂质带走，从而有效减少对动静环密封面的磨损。
(3)将机封弹簧包裹在机封动静环内，沉浸在脱盐水隔离液中，不受介质温度及腐蚀性影响。通过这种方法，使得弹簧不直接接触介质，在一级密封不泄漏的情况下，弹簧始终工作在二级脱盐水的隔离液中；在一级密封少量泄漏的情况下，同样可以由于二级密封液脱盐水的循环稀释，使弹簧的工况环境大为提升，不受介质温度及腐蚀影响，保证弹簧保持正常弹力，在密封面磨损时及时补偿，在受到振动、窜动时起到缓冲的作用，从而保证机封的密封性能。
(4)改善安装尺寸无法调节的情况。机封设计为一组机封单独组成的结构，外压盖与静环的连接采用两道O型圈密封，使安装尺寸轴向可以有±3-5mm的调节调节范围；中间静环两边动环的结构，使机封在径向可以有0.3mm的范围进行调节。轴向的3-5mm大范围调整预留空间，可以使安装工作从容方便，可在恶劣工作环境中提高安装效率。径向的可调节范围足以保证机械密封不受机泵运行过程中震动等情况的影响，同时，泵在长时间使用后，由于安装尺寸可以调节，可以消除泵老旧产生的误差，保证了机封的安装使用效率。
(5)机封的弹性密封圈材质改为全氟醚橡胶。全氟醚橡胶具有优异的耐腐蚀性，并且具有均质性，表面没有渗透、开裂和针孔等困扰。全氟醚橡胶同样有优异的耐高温性能。耐热性方面(以JISK6301等压缩变形测试结果为基准)，全氟醚橡胶在300℃的高温下，也能保持橡胶的弹性特征。在JISK6301压缩永久变形试验中，全氟醚橡胶产品的压缩永久变形始终保持在50%以下。这证明了其在高温下也能保持良好的弹性。这满足了此泵温度等方面的要求，使机封密封圈不会因密封面产生的热较高而失效。
改造后的Z/HR2型机封结构图
根据上述的改造措施，改造使用Z/HR2型集装式机械密封，解决因为C8B型机封结构复杂、不合理造成的机封轴向、径向窜量无法调整等问题，同时采取改变密封圈材质为全氟醚橡胶等措施，联系烟台耐腐蚀泵有限公司将改造的机封生产制造出来，进行试用。改造后的Z/HR2型机封结构如上图所示。
三、机封改造后的效果
我们对两台机泵试用改造后的机封，经过长时间的运行试用检验，改造后机械密封完全满足醋酸丁酯装置蒸发器循环泵的使用工况。改造后机封具有以下优点：
(1)大幅延长使用寿命。改造后的机封使用寿命达到一年左右，相比原装机封的两个月使用时间大幅提高。
(2)机封抗振性好。改造后的机封不仅安装方便，而且对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感，使机泵在装置加减量等运行工况改变的情况下正常使用，提高设备运行可靠性。
(3)改造后机械密封无论是技术、质量、使用效果，还是规格尺寸，均能完全替代原装机械密封，而且，个别部件比原装机封部件性能更优。
(4)改造后机械密封采购周期只需要2周，比原装件采购周期8周缩短了6周时间，能够及时保障生产需要。
(5)改造后机械密封使用成本仅需3万元/套，而原装机械密封则需要近4万元/套，而且寿命的延长可以使一台机泵一年时间少用5套机封，大大降低了使用成本。
通过对醋酸丁酯装置耐腐蚀泵机械密封的成功改造，降低了设备事故率，提高设备作业率，减少了检维修的工作量，降低了使用成本，取得了良好的经济效益，更重要的是保障了设备的安全稳定长周期运行，达到了预期的目的。
