高壓 齒輪泵 機械密封在運行中產(chǎn)生的摩擦熱使密封端面的溫度升高 , 如不采用相應的措施 , 會產(chǎn)生以下結(jié)果 : ① 密封端面間液膜汽化、磨損加劇。 ② 動、靜環(huán)產(chǎn)生熱變形 , 致使磨損
高壓齒輪泵機械密封在運行中產(chǎn)生的摩擦熱使密封端面的溫度升高 , 如不采用相應的措施 , 會產(chǎn)生以下結(jié)果 : ① 密封端面間液膜汽化、磨損加劇。 ② 動、靜環(huán)產(chǎn)生熱變形 , 致使磨損加劇、泄漏增大。 ③ 介質(zhì)對機械密封的腐蝕速率加快。 ④ 輔助密封圈老化、變質(zhì)而失效。
目前 , 一般采用水冷方式對機械密封處溫度進行控制 , 然而采用這種方式普遍存在結(jié)垢問題 , 在軸 ( 套 ) 上形成的水垢容易破壞密封。較為理想的解決方案就是選用軟化水進行冷卻 , 但是此項改造成本太大 , 可行性不高。到目前為止 , 國內(nèi)尚無機械密封生產(chǎn)廠家生產(chǎn)能有效防止水垢生成的機械密封。文中對冷卻水水質(zhì)較差引起的機械密封失效進行了簡單闡述。
高壓齒輪泵工況簡介
常減壓裝置初餾塔底泵型號為 150AY Ⅱ 150×2B, 介質(zhì)溫度為 280 ℃ ; 常壓塔底泵為 100AY Ⅲ 120×2B, 介質(zhì)溫度為 365 ℃ ; 減壓塔底泵型號為 100AY Ⅲ 120×2B, 介質(zhì)溫度為 380 ℃ , 均為雙級 AY 型油泵 , 都采用波紋管機械密封。其他常壓流程用泵、減壓流程用泵也大多使用波紋管密封 , 其介質(zhì)溫度在 200 ～ 400 ℃ , 操作壓力為 0.75 ～ 1.75 MPa 。每臺泵的平均水垢故障周期在 7 ～ 20d 。
高溫油泵機械密封發(fā)生泄漏原因分析
高溫油泵的水垢分析
從機泵密封腔中取出結(jié)垢樣本進行了鹽酸滴定試驗。在滴定的過程中 , 發(fā)現(xiàn)水垢并沒有像預期的那樣逐漸大部分被溶解 , 相反只有很少一部分水垢被鹽酸溶解。按照最初的推測 , 水垢的主要成分應該是碳酸鹽類和硫酸鹽類 , 在鹽酸的滴定試驗中大部分是會溶解的 , 但是滴定試驗的結(jié)果與推測不相符。因此 , 對水垢垢樣進行了水質(zhì)硬度分析。
懸浮物的質(zhì)量濃度約是控制指標的 5 倍 , 而 COD 的質(zhì)量濃度則高達控制指標的 20 多倍 , 由此可以斷定 COD 和懸浮物質(zhì)量濃度的異常是導主要原因。
COD 是利用化學氧化劑 ( 如高錳酸鉀 ) 將水中可氧化物質(zhì) ( 如有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等 ) 氧化分解 , 然后根據(jù)殘留氮化劑的量計算出氧的消耗量 , 是表示水質(zhì)污染度的重要指標。其值越小 , 說明水質(zhì)污染程度越輕。 COD 量濃度的超標為各種細菌的滋生提供了溫床 , 從而產(chǎn)生了生物粘泥。隨著生物粘泥的增多導致了冷卻水管線的堵塞 , 生物粘泥在高溫下硬結(jié) , 而生物粘泥用鹽酸來溶解是很困難的 , 這與維修現(xiàn)場用鹽酸疏通冷卻系統(tǒng)困難的現(xiàn)象相吻合。
機械密封處結(jié)構(gòu)分析
高壓齒輪泵冷卻水進入冷卻腔后會直接流入以下 3 處 : ① 動環(huán)與軸套處間隙處。 ② 軸套外圓與水套內(nèi)圓間隙處。 ③ 水套外圓與靜環(huán)波紋管內(nèi)圓間隙處。
流入間隙 1 處的冷卻水不能流動 , 稱為死水 , 冷卻效果不佳。一般水垢的生成溫度在 80 ℃ 左右 , 而間隙 1 ～ 3 處的溫度均高于此溫度 , 鈣鎂鹽類以及微生物粘泥的結(jié)晶首先在這 3 處結(jié)晶析出 , 生成水垢。無論是鈣鎂鹽類水垢 , 還是生物粘泥水垢 , 生成速度都很快 , 特別是溫度最高的間隙 1 處 , 高溫將引起動環(huán)變形 , 造成密封磨損產(chǎn)生泄漏。同時由于間隙 1 ～ 3 處水垢的生成 , 降低了軸套及動、靜環(huán)密封面的表面粗糙度 , 也會促進密封面的磨損 , 造成機械密封出現(xiàn)泄漏。水垢的進一步增加使間隙 2 ～ 3 處更加減小 , 使冷卻水傳熱效率進一步下降。
當水垢在靜環(huán)波紋管內(nèi)圓和水套外圓處堆集并堵死靜環(huán)環(huán)座與水套的徑向間隙時 , 將產(chǎn)生以下兩個結(jié)果 : ① 石墨靜環(huán)的密封面磨損后 , 波紋管的彈力與部分不平衡力之和克服不了水垢對靜環(huán)座的摩擦阻力 , 靜環(huán)不能向密封面補償 , 必將出現(xiàn)比較嚴重的泄漏。 ② 一旦密封冷卻水因結(jié)垢而變小甚至斷流 , 密封腔內(nèi)的冷卻條件將急劇惡化 , 積存于密封腔內(nèi)的水會在高溫下變?yōu)檎羝?, 使密封腔內(nèi)的壓力急劇升高 , 一旦高于波紋管的彈力時將會推開密封端面 , 產(chǎn)生極為嚴重的噴射式泄漏 , 引發(fā)災難性的后果。
高壓齒輪泵對比了北常壓熱油泵機械密封噴油事故的現(xiàn)場情況 , 與上面的分析基本吻合。
冷卻水管線分析
目前高壓齒輪泵的冷卻水管線都是采用塑料軟管 , 其耐高溫的性能比較差 , 冷卻水管線高溫軟化變形后 , 輕則使冷卻水的流速變慢 , 使泵內(nèi)冷卻水結(jié)垢的速度加快 , 重則脫落造成機械密封泄漏或燒毀。通過對日常維修紀錄的整理總結(jié)發(fā)現(xiàn) , 由于塑料軟管原因?qū)е碌臋C械密封泄漏故障能占到機械密封故障的 1/3 。
綜上所述 , 上述 3 種原因共同作用的結(jié)果導致了機械密封發(fā)生了泄漏。
