职称论文(机械密封)

易燃易爆介质泵机械密封及冲洗方案的改造姓名：张志刚单位：盘锦中润特塑有限公司专业：化工机械2014年8月易燃易爆介质泵机械密封及冲洗方案的改造摘要：针对精细化工厂萃取精馏装置结晶釜底部萃取液输送泵的机械密封寿命短、泄露频繁、检修率高的问题，文章分析了导致该泵机械密封泄漏的原因，分别对该泵机械密封的选型，机械密封冲洗方案以及辅助密封材质方面进行了改造。改造之后显著延长了机械密封的使用寿命，达到长周期运行的要求，节约了相当可观的人、财等资源。关键词：离心泵、机械密封、摩擦副、结晶、改造。引言：结晶釜底部萃取液输送泵是我厂萃取精馏装置的关键设备之一，我厂该泵为一开一备，由大连耐酸泵厂制造。该泵为单级单吸悬臂式离心泵，其型号为PC50-2250-25；流量为30m³/h；扬程：20m；入口压力为常压；出口压力0.19Mpa。输送介质为丙酮、二苯砜以及少量氟化钠、介质温度56℃，采用串联双机械密封设计，冲洗方案为Plan52，不加压冷却方式。该泵机械密封泄漏情况频繁，每次更换新机械密封时运行状态良好，但是在停泵之后再开泵时即发现介质侧的第一套机械密封有渗漏情况发生，泵内介质窜入到泵上部缓冲罐中，不得不停泵拆检，更换机械密封。尽管采取了一些措施，但是实际作用并不是很明显。由于频繁的更换机械密封，给我厂带来了较大的经济损失，占用了较多的维修资源。一、机械密封系统失效原因分析1.1、机械密封系统简介我厂该流程泵机械密封采用串联双机械密封形式，如图1.1所示，该机械密封两套动环材质为碳化硅（SiC），两套静环材质为石墨，第一套机械密封（介质侧）动环及静环辅助密封圈材质为聚四氟乙烯（PTFE），第二套机械密封（大气侧）动环及静环辅助密封圈材质为聚四氟乙烯（PTFE）和氟橡胶。机械密封其余材料均为316不锈钢。图1.1机械密封的辅助密封系统采用了Plan52不加压冷却方式的冲洗方案，缓冲液为常温的脱盐水，循环方式以热动力为主，轴套上加工出螺旋状泵送环为缓冲液循环提供辅助动力。缓冲罐内设不锈钢盘管外接循环水冷却，如图1.2所示。利用压力为常压的缓冲流体，注入隔离室中。由于缓冲流体的压力小于工艺流体压力，少量工艺流体泄漏至阻隔流体中，被阻隔流体出密封室，到密封系统中进行处理，第一套机械密封失效之后由后边第二套机械密封作为主密封阻隔介质，从而避免工艺流体的直接排放大气和环境的污染。图1.21.2、机械密封失效原因分析通过对失效机械密封的拆检解剖分析，发现引起该机械密封失效泄漏的原因主要为以下两个方面：1.2.1、工艺介质的特殊性造成机械密封泄漏该泵输送介质为二苯砜在丙酮中的过饱和溶液，随着温度的变化，极易发生结晶现象。由于缓冲罐内不带压的原因，靠近介质侧的第一套机封摩擦副表面的液膜为泵输送的介质。同时由于工艺原因，该泵为间断运行。这就导致在停泵之后第一套机械密封摩擦副表面的液膜随着温度降低有结晶现象发生，摩擦副贴合程度无法达到密封要求。再度开泵时介质漏入缓冲罐内，触发压力报警，由于机封损坏频繁，维修部门将缓冲罐排放管线堵死，让外侧第二套机械密封作为主密封来增加机械密封的使用时间。但由于易结晶的介质进入到密封腔中，第二套机械密封动环和静环的辅助密封材质为氟橡胶，抗丙酮溶胀能力比较差。并且再次停泵时仍然出现与第一套机械密封失效原因相同的情况。导致第二套机械密封使用不了多久也随之失效。1.2.2、安装不当造成机械密封泄漏安装机械密封时压缩量控制的过大，导致摩擦副端面压力增高，摩擦副擦伤、磨损严重；动环辅助密封圈与轴套配合过紧，弹簧无法调整动环的轴向窜动量，进而在转动时动环无法自由窜动，导致机械密封泄漏；静环密封面过松，当泵转动，动环轴向窜动时，静环脱离静环座，介质从静环的静密封点泄漏。二、机械密封改造方案2.1双端面集装机械密封结构及工作原理通过查找美国石油协会关于机封配置及冲洗方案的标准以及相关资料得出以下结论：PLAN52方案适用于轻组分含量较高的工况，但对介质纯净度要求比较高。而PLAN53A方案则适用于介质中含少量杂质的工况中。考虑到我厂结晶釜内介质为含有二苯砜晶体的过饱和溶液的特殊情况，遂决定将该泵机械密封由串联双封改为双端面背靠背模式，材质与原串联双机械密封大部分相同，细微差别就是将两套机械密封动静环的辅助密封圈材质全部更换为聚四氟乙烯（PTFE）。所谓双端面背靠背模式即靠近介质侧的机械密封安装方向与原相反，也就是说两套机械密封的动环相对安装，共用同一个动环座。这种安装方式是由隔离腔压力大于介质侧压力的特性所决定的，如图2.1所示。图2.1冲洗方案为Plan53A，如图2.2所示。通过外部的储罐来给隔离腔提供脱盐水。隔离罐顶部外接氮气压力源，压力高于介质压力0.14MPa~0-.7MPa，保证工艺介质零排放。隔离罐内置盘管冷却，并设有压力、液位报警指示装置。隔离液的循环方式与PLAN52的原理同为热虹吸，主要靠冷热介质比重的不同来形成循环。为了节省氮气，相关标准要求隔离腔中的氮气压力源要在停泵之后缓慢降为0，但是考虑到该泵介质的特殊情况，考虑到如此操作第一套机械密封摩擦副处在停泵之后可能仍然会出现结晶现象。遂要求在实际操作过程中停泵之后仍然让隔离罐内保持微正压，以保证摩擦副润滑液的洁净程度要求，不受泵体内介质结晶的影响。由此导致的微渗入系统中的少量脱盐水并不会对工艺介质造成影响。这样就从根本上解决了由于频繁停车导致的介质侧机械密封摩擦副液膜结晶现象。图2.22.2双端面集装机械密封及辅助密封冲洗系统的相较之前的优点与之前冲洗方案为Plan52的串联双机械密封相比，冲洗方案为Plan53A的集装双端面背靠背机械密封的优点有以下几个方面：（1）安装简单。由于采用集装模式，大大的简化了维修部门安装机械密封的过程，从而避免了由于安装过程中的失误导致机械密封使用寿命过短的情况发生。（2）不受介质特性影响。由于隔离罐中的压力高于介质侧，介质侧机械密封的摩擦副润滑液为罐内的脱盐水，并且在停泵时罐内也保持足够的压力，以确保摩擦副接触面不会结晶，保证机械密封的可靠性。（3）安全环保。在第一套机械密封失效时，隔离罐内隔离液进入系统，触发压力、液位报警装置，提醒操作及维修人员及时处理。降低了危险介质泄漏到大气中的风险。三、结论实施上述改造之后，萃取装置萃取液输送泵运行状况良好，即便多次开停泵，机械密封仍然处于稳定状态，并能有效杜绝易燃易爆介质泄漏的危险隐患。机泵连续运转的可靠性得到了明显提升（