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高溫介質泵機械密封存在的問題

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高溫介質泵機械密封存在的問題

發布日期:2019-03-02 作者:東臺市光明機械密封有限公司 點擊:

以煉油行業為例,目前,國內外高溫熱油泵普遍采用接觸式波紋管單端面機械密封,國產波紋管機械密封的使用壽命平均一年左右,進口波紋管機械密封可達兩年以上,但基木上必須采用各種沖洗和冷卻等措施(圖9一1),以降低摩擦溫升,防止結焦、熱裂、波紋管失彈、波紋管斷裂、泵抽空、密封件老化等而導致密封失效。為此,必然消耗大量的沖洗油和冷卻水,造成運行費用高(初步估計,一臺熱油泵年沖洗冷卻所需運行費用超過10萬元),能耗量大,而且密封可靠性差,安全性低,維修成本高。

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對高溫熱油泵用波紋管機械密封API682標準中給出了方案21(圖9一2)和方案32(圖9一3)兩種沖洗和冷卻輔助措施。

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方案21為自沖洗加靜環背面急冷措施。自沖洗即把泵出口增壓的高溫熱油經冷卻降溫后引至密封腔,對密封件進行直接冷卻降溫;同時,一般對靜環背面注人冷卻水對其進行急冷降溫,并把泄漏物及時排除以避免在密封部位積聚。該方案適用于輸送介質比較潔凈的高溫熱油泵。方案32則是外沖洗加靜環背面急冷措施。外沖洗是把外界與泵送介質相容的低溫潔凈冷卻油注人密封腔內,對密封件進行直接冷卻降溫,并及時排除介質中的固體顆粒避免進人密封端面或在密封附近集聚而產生磨粒磨損。

統計結果表明,在保證輔助系統正常工作和泵穩定運轉的情況下,高溫油泵機械密封的使用壽命可達一年以上。但是,隨著對現代工業生產節能減排要求的不斷提高管型機械密封及輔助系統的使用性能己不能滿足要求,暴露出的主要間題有:

 ①采用現有的機械密封及其輔助系統,在高溫油泵的運行過程中,變工況操作時有發生。泵抽空、誤操作、人為流量調節等都使機械密封處于變工況條件下。.當被密封介質的壓力產生劇烈波動時,可引起摩擦副的相互沖擊,造成端面損傷,從而影響密封效果;如果密封腔操作壓力波動并瞬間成負壓,波紋管收縮而不能及時恢復,動、靜環摩擦副間形成的油膜密封被破壞從而造成突發性泄漏失效。

②工作介質溫度很高,再加上密封摩擦副端面的摩擦熱,一旦沖洗系統發生故障,使得端面溫度急劇升高,造成端面液膜汽化導致干摩擦,短時間內可使密封失效;其次,高溫還可使石墨環性能下降,嚴重時可將浸漬劑熔化;再次,當動、靜環材料取碳化鎢一石墨配對時,高溫還可使石墨環(靜環)表面產生環狀溝紋,碳化鎢(動環)也易脫落;Z后,高溫下摩擦副熱變形較大,使端面摩擦狀態發生變化。導致密封系統提前失效。

③運行費用高、能耗量大。對于常、減壓塔底渣油泵采用外沖洗方案32,沖洗液直接進人工藝介質中,使其消耗量較大,生產成本較高。如某廠常減壓裝置中的兩臺減底泵,一臺泵每天有超過20噸蠟油注人了重油渣油系統,按重油與蠟油差價1儀幻j少噸計算,每天經濟損失估計20*1000=2萬元。則一年損失為2萬元*360=720萬元。采用自沖洗方案21把高溫介質降溫后再注人泵內,必然消耗大量的熱量,使泵的效率降低。與此同時,消耗的冷卻水量亦相當大。

④方案21和方案32均需對機封靜環背面處必須通入急冷水進行冷卻,其作用是冷卻動、靜環摩擦副,從而在一定程度上降低波紋管及摩擦副間的溫度,為機封提供適宜的運行環境,防止機封部件高溫變形或失效,從而達到提高密封效果和延長使用壽命的目的。但由于冷卻水在高溫部位結垢,且結垢位于動、靜環摩擦副及與之相貼緊的軸套上和波紋管的波片之間,使波紋管失去彈性而失效。

目前采用的波紋管機械密封及其輔助系統造成密封失效形式主要有以下幾種:

(1)波紋管失彈或斷裂引起的密封失效

波紋管在使用過程中,其剛度或彈性會慢慢減小,這種彈性減小的現象通常稱之為失彈。實驗和實際應用表明當波紋管的失彈量超過設計初始壓縮量的18%一20%時,整個波紋管機械密封就會發生泄漏。金屬波紋管機封在溫度低于200℃時失彈現象不明顯,但在高溫(超過300℃)下使用,開車后泵很快就發生泄漏,將使用的機封拆下測盆發現金屬波紋管組件高度較安裝前平均降低2一3mm。波紋管失彈主要由于永久變形或應力松弛,還有一種情況是工作介質結晶沉淀或凝固在波紋管的縫隙中,使波紋管變形能力減小或喪失變形能力。因此,高溫和載荷是造成波紋管失彈的主要原因。

另外,在高溫及波紋管壓縮量或接觸比壓較大的情況下,波紋管會發生斷裂(圖9-4);溫度越高,載荷越大,波紋管發生斷裂的概率就越高。

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(2)配對摩擦副中石墨環的過度磨損引起的密封失效

通常,將失效的機封拆下檢查發現石墨密封環磨損嚴重。通過分析和試驗發現,金屬波紋管機封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響,而有效直徑是隨壓力的變化而改變。當波紋管受外壓,其有效直徑隨壓力的加大而逐漸縮小;當波紋管受內壓,其有效直徑隨壓力的加大而逐漸加大。由于壓力過大,導致摩擦副摩擦嚴重,石墨環過度磨損引起泄漏。圖9一5所示為某廠減壓塔底泵石墨密封環端面的磨損磨蝕情況。

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(3)配對摩擦副中硬質合金環的表面熱裂引起的密封失效

發現密封摩擦副的硬質合金環出現許多由硬面中心向外發散的粗細不一的徑向裂紋。這是熱裂導致的密封失效。熱裂產生的主要原因是過高的局部熱應力,其中硬質合金環與環座兩種材料的線膨脹系數差別,采用堆焊結構還是整體結構,密封冷卻沖洗系統中沖洗液的類型、沖洗方式和流量的大小是否合

適都可能引起密封端面的熱裂。圖9一6為某廠減壓塔底泵機械密封端面突然進人高溫重油,造成密封面發生熱裂而產生泄漏。

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關鍵詞:機械密封廠家,釜用機械密封,中型機械密封

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