高速泵机械密封泄漏原因分析及改造

     乙烯装置丙烯外送泵（位号E－GA301A／B）为下游聚丙烯装置提供原料，该泵对于整个聚丙烯装置具有极其重要的作用，反应所用的液态丙烯全部都由它来供给，所以一旦该泵出现问题，则将导致整个乙烯、聚丙烯装置停车，该泵自2001年4月投用以来，两台泵曾多次发生润滑油、密封液和丙烯泄漏故障。虽经多次检修，更换新的机械密封部件，但效果甚微。该泵频繁故障，不但损耗了大量丙烯，增加了检修费用，而且还给整个聚丙烯装置的稳定生产带来了很大的隐患。我们通过分析其泄漏的原因，有针对性地进行了综合改造，受到了良好效果。

    一、基本情况：
    E－GA301泵为型号为GSB的立式高速泵，航天工业总公司第十一研究所制造。由电机、增速器、泵体、强制润滑系统、密封液循环系统等部分组成。
增速器为二级齿轮增速，输入轴转速即电动机转速为2950R／M，输出轴转速为10275R／M，两轴封采用了不同的形式。上轴封（即输入轴轴封）为唇形密封（橡胶骨架唇封），下轴封（即输出轴轴封）为机械密封，其代号为：60C，增速器内装有润滑油，由强制润滑系统进行循环，对下部机封进行润滑、冷却。
    泵体部分的轴封为两套串联的机械密封，上部机械密封代号为60B，下部机械密封代号为60A。两套机械密封之间的密封腔充满密封油，在密封液补给循环系统内（包括一个密封油罐）进行循环，对机械密封进行润滑、冷却。
    这三套机械密封都由如下部件组成：动环、静环、推环、弹簧、弹簧座、辅助密封圈、卡环等。椎环、弹簧、弹簧座以及卡环，辅助密封圈有“O”形橡胶圈和PTFE楔形环，静环材料都为石墨（M106K）。其动环材料有所不同，60A和60C的动环都是由硬质合金YG6制成的，而60B的动环，其基体材质为OCRL8N112M02TI，在其密封端面上堆焊有一层厚度为1.5MM的硬质合金。

    二、机械密封泄漏分析：
    高速泵增速器与泵体之间有一空腔，泄漏的润滑油和密封油都积聚在这里，经排油孔引至泵体外的油杯中。该泵自投用以后，就有油漏出流到油杯里，每隔3—5天就需要给泵增速器油箱补加润滑油。在运转1—2个月后，机械密封密封性能开始恶化，密封油向外泄漏，油杯及密封油罐内油的颜色变为黑色，并开始有丙烯窜至密封腔进入密封油罐和油杯中，泵体振动加大，最后丙烯大量泄漏，导致密封油罐压力高报警而停车。对高速泵进行解体检查，发现机械密封60B静环密封端面已破损，动环端面上粘有一圈黑色石墨粉，60A磨损比较严重，60C仅有轻微磨痕。

    三、改造方案：
    1、60A静环和辅助密封圈的改造
    60A摩擦副的静环为浸树脂石墨，在介质为轻烃类、高速的情况下，浸树脂石墨材料工作性能较好。但是，浸树脂石墨环在工作的过程中，磨损粉末如果聚集在辅助密封圈处，特别是聚四氟乙烯刃形密封处，会使密封刃产生压痕，甚至还会阻碍补偿环的补偿作用。在改造中，选用了强度高、摩擦性能和耐温性较好的浸银石墨环。保持系统操作的稳定性。
    要保证密封性能，辅助密封圈应具有良好的弹性。基于以上辅助密封圈的失效分析，将辅助密封圈由聚四氟乙烯楔形圈改为氟橡胶0形圈，同时安装一个矩形截面的填充聚四氟乙烯垫圈，垫圈的内径与密封体接触部位紧密贴合，防止固体颗粒进入密封圈密封面。另外，由于介质压力较高，该垫圈还可以起到防止橡胶圈被挤出的作用。此外，0形密封圈采用轴向浮动安装结构，由于弹簧力通过矩形推环直接作用在补偿环上，当补偿环补偿移动时，0形圈上的移动点有两个。这样做既保证了补偿环的补偿作用，又保证了辅助0形圈的密封作用，从而提高密封的可靠性。由于橡胶密封圈的摩擦力大，也可以增大补偿环在非正常操作时的缓冲作用，保护摩擦端面。
    2、60B动环改造
    增速器侧机械密封60B的端面比压值虽然偏小，但是其密封端面两侧压力为零，泵转速又很高，因此采用大的端面比压值反而会加剧其磨损。因此，采取了不改变端面比压，只改变动环的材质、结构，将原来的动环重新设计。
    经改造后的密封，自2001年11月投入运行后运转至今，运转状况良好，累计正常运行时间超过2年，至今未发生泄漏，密封效果非常好。仅配件和安装方面的经济效益就非常著。

    四、小结
    针对高速泵机械密封泄漏的原因，通过对3套密封采用综合改造，延长了高速泵的维修周期，彻底消除了这一不安全的隐患，很好地解决了问题。这种方法对解决工况相似的设备泄漏问题，有一定的参考价值。