低温液体泵机械密封泄漏原因分析及改造

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)真空技术网整理 作者:尚阳锋

一、机械密封泄漏

  煤制甲醇项目空分装置液氮槽车用悬臂式环段双级离心泵(P50),瑞士CRYOMEC 公司制造,型号ZP2/260-7,5-DCNSLL,轴封采用波纹管机械密封。装置停运期间,液氮槽车泵,通过两台大气气化器负责向界外装置输送密封氮气,装置正常运行期间负责槽车充装,间断运行。泵体结构见图1。

液氮槽车泵泵体结构

图1 液氮槽车泵泵体结构

  液氮槽车泵首次运行,各参数正常,均达到设计指标。运行4h 后停泵,发现机械密封泄漏。检查密封气压力正常,工艺人员对泵重新解冻,然后严格按照冷泵曲线再次冷泵,避免因冷泵过快对泵体造成影响,但机械密封泄漏现象没有消除。解体检查各部件未发现异常,将泵回装,冷泵后启动,运行正常,但是停泵后,机械密封再次出现泄漏。泄漏现象反复出现,厂家人员反复解体检查,更换新机械密封也无济于事,最后厂家不得不放弃。

二、密封泄漏原因分析

  (1)泵解体时,机械密封动静环摩擦副光洁、平整、无破损、无划痕。机械密封波纹管及其与波纹管座间的焊缝着色检查没发现裂纹。O 形环1、2 完好,弹性良好,尺寸合适。避免了因密封组件缺陷引起泄漏。

  (2)泵严格按照技术要求回装。泵轴和电机轴经联轴器(属刚性联轴器)联结后,泵轴末端及叶轮径向跳动均<0.02mm,叶轮与轴垂直度偏差0.01mm,动环定距套两端面平行度偏差0.01mm,机械密封静环组件在轴上滑动自如,无卡涩现象。

  (3)电机轴承为单列深沟球轴承,联轴器为刚性联轴器,转子的轴向窜量,基本上就是轴承的轴向游隙,可不予考虑,因此转子的微小窜量,不会引起机械密封泄漏。

  (4)对泵体、密封腔、电机等各部位进行振动测量,最大0.22cm/s, 处于优良级,可排除泵振动大造成机械密封泄漏的可能。

  (5)机械密封的密封气压力一直控制在设计范围内(0.2~0.3MPa),没有因为密封气压力过低引起机械密封泄漏。

  (6)由于空分装置是由液化空气(杭州)有限公司整体设计、供货,因此设备安装过程中液空现场工程师对安装质量全程监控,内洁工作做得非常好,泵解体检查已得到很好验证,泵体内没发现任何异物。从而也排除了因摩擦副间杂物引起机械密封泄漏的可能。

  以上原因排除后,认定机械密封波纹管在超低温环境下弹簧比压急剧下降,导致动静环密封面贴合不紧。由于泵需要频繁开停,波纹管低温下不能回弹,从而导致动静环密封面间出现缝隙,造成机械密封泄漏。

三、机械密封的改进

  (1)利用低温材料,加工两件内径88mm,外径110mm 的两半式圆环,开口处用M5 内六方螺栓紧固在波纹管两端并紧贴波纹管座的内端面。圆环与波纹管之间有一定的紧力,防止泵运行时圆环产生振动。两半式圆环见图2 所示。

两半式圆环和弹簧

图2 两半式圆环和弹簧

  (2)在两半式圆环开口的两侧对称位置分别加工6 个直径7.8mm 的盲孔,同侧的6个孔均匀布置,以保证机械密封端面上弹簧比压均匀。在另1 只圆环相对应的位置加工出12 个直径7.8mm 的盲孔,以保证弹簧竖直安装。

  (3)从专业厂家订购12 个符合尺寸要求的耐低温的弹簧。考虑到超低温环境比较复杂,弹簧比压理论计算偏差较大,如果弹簧安装太多,势必造成比压过大,加剧动静环的磨损,缩短机械密封的使用寿命,于是试安装8 个弹簧。泵运行1 周后,机械密封再次出现泄漏,解体检查发现,动环定距套长度减短了2mm,表明静环弹簧比压过大,造成动静环之间摩擦力太大,致使动环与轴没有同步转动,

  从而导致动环与定距套产生相对运动,由于动环的硬度远高于定距套硬度,因此定距套出现严重磨损。好在泵运行时间短,机械密封动静环密封面未发生异常磨损和尺寸上的变化,机械密封再次组装时只保留6 个弹簧。改进前的静环见图3,改进后的静环见图4。

改造前的静环

图3 改造前的静环

改造后的静环

图4 改造后的静环

四、小结

  泵回装后,盘车轻松无卡涩。重新启动泵,运行情况良好,振动正常,各项工艺性能指标均达到设计要求。6 个多月来,泵虽然经过数百次的启停,运行依然稳定,机械密封密封效果良好,改造获得成功。

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