低溫液體泵機械密封泄漏原因分析及改造
一、機械密封泄漏
煤制甲醇項目空分裝置液氮槽車(chē)用懸臂式環(huán)段雙級離心泵(P50)，瑞士CRYOMEC 公司制造，型號ZP2/260-7，5-DCNSLL，軸封采用波紋管機械密封。裝置停運期間，液氮槽車(chē)泵，通過(guò)兩臺大氣氣化器負責向界外裝置輸送密封氮氣，裝置正常運行期間負責槽車(chē)充裝，間斷運行。泵體結構見(jiàn)圖1。
圖1 液氮槽車(chē)泵泵體結構
液氮槽車(chē)泵首次運行，各參數正常，均達到設計指標。運行4h 后停泵，發(fā)現機械密封泄漏。檢查密封氣壓力正常，工藝人員對泵重新解凍，然后嚴格按照冷泵曲線(xiàn)再次冷泵，避免因冷泵過(guò)快對泵體造成影響，但機械密封泄漏現象沒(méi)有消除。解體檢查各部件未發(fā)現異常，將泵回裝，冷泵后啟動(dòng)，運行正常，但是停泵后，機械密封再次出現泄漏。泄漏現象反復出現，廠(chǎng)家人員反復解體檢查，更換新機械密封也無(wú)濟于事，最后廠(chǎng)家不得不放棄。
二、密封泄漏原因分析
(1)泵解體時(shí)，機械密封動(dòng)靜環(huán)摩擦副光潔、平整、無(wú)破損、無(wú)劃痕。機械密封波紋管及其與波紋管座間的焊縫著(zhù)色檢查沒(méi)發(fā)現裂紋。O 形環(huán)1、2 完好，彈性良好，尺寸合適。避免了因密封組件缺陷引起泄漏。
(2)泵嚴格按照技術(shù)要求回裝。泵軸和電機軸經(jīng)聯(lián)軸器(屬剛性聯(lián)軸器)聯(lián)結后，泵軸末端及葉輪徑向跳動(dòng)均<0.02mm，葉輪與軸垂直度偏差0.01mm，動(dòng)環(huán)定距套兩端面平行度偏差0.01mm，機械密封靜環(huán)組件在軸上滑動(dòng)自如，無(wú)卡澀現象。
(3)電機軸承為單列深溝球軸承，聯(lián)軸器為剛性聯(lián)軸器，轉子的軸向竄量，基本上就是軸承的軸向游隙，可不予考慮，因此轉子的微小竄量，不會(huì )引起機械密封泄漏。
(4)對泵體、密封腔、電機等各部位進(jìn)行振動(dòng)測量，最大0.22cm/s， 處于優(yōu)良級，可排除泵振動(dòng)大造成機械密封泄漏的可能。
(5)機械密封的密封氣壓力一直控制在設計范圍內(0.2～0.3MPa)，沒(méi)有因為密封氣壓力過(guò)低引起機械密封泄漏。
(6)由于空分裝置是由液化空氣(杭州)有限公司整體設計、供貨，因此設備安裝過(guò)程中液空現場(chǎng)工程師對安裝質(zhì)量全程監控，內潔工作做得非常好，泵解體檢查已得到很好驗證，泵體內沒(méi)發(fā)現任何異物。從而也排除了因摩擦副間雜物引起機械密封泄漏的可能。
以上原因排除后，認定機械密封波紋管在超低溫環(huán)境下彈簧比壓急劇下降，導致動(dòng)靜環(huán)密封面貼合不緊。由于泵需要頻繁開(kāi)停，波紋管低溫下不能回彈，從而導致動(dòng)靜環(huán)密封面間出現縫隙，造成機械密封泄漏。
三、機械密封的改進(jìn)
(1)利用低溫材料，加工兩件內徑88mm，外徑110mm 的兩半式圓環(huán)，開(kāi)口處用M5 內六方螺栓緊固在波紋管兩端并緊貼波紋管座的內端面。圓環(huán)與波紋管之間有一定的緊力，防止泵運行時(shí)圓環(huán)產(chǎn)生振動(dòng)。兩半式圓環(huán)見(jiàn)圖2 所示。
圖2 兩半式圓環(huán)和彈簧
(2)在兩半式圓環(huán)開(kāi)口的兩側對稱(chēng)位置分別加工6 個(gè)直徑7.8mm 的盲孔，同側的6個(gè)孔均勻布置，以保證機械密封端面上彈簧比壓均勻。在另1 只圓環(huán)相對應的位置加工出12 個(gè)直徑7.8mm 的盲孔，以保證彈簧豎直安裝。
(3)從專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)家訂購12 個(gè)符合尺寸要求的耐低溫的彈簧�？紤]到超低溫環(huán)境比較復雜，彈簧比壓理論計算偏差較大，如果彈簧安裝太多，勢必造成比壓過(guò)大，加劇動(dòng)靜環(huán)的磨損，縮短機械密封的使用壽命，于是試安裝8 個(gè)彈簧。泵運行1 周后，機械密封再次出現泄漏，解體檢查發(fā)現，動(dòng)環(huán)定距套長(cháng)度減短了2mm，表明靜環(huán)彈簧比壓過(guò)大，造成動(dòng)靜環(huán)之間摩擦力太大，致使動(dòng)環(huán)與軸沒(méi)有同步轉動(dòng)，
從而導致動(dòng)環(huán)與定距套產(chǎn)生相對運動(dòng)，由于動(dòng)環(huán)的硬度遠高于定距套硬度，因此定距套出現嚴重磨損。好在泵運行時(shí)間短，機械密封動(dòng)靜環(huán)密封面未發(fā)生異常磨損和尺寸上的變化，機械密封再次組裝時(shí)只保留6 個(gè)彈簧。改進(jìn)前的靜環(huán)見(jiàn)圖3，改進(jìn)后的靜環(huán)見(jiàn)圖4。
圖3 改造前的靜環(huán)
圖4 改造后的靜環(huán)
四、小結
泵回裝后，盤(pán)車(chē)輕松無(wú)卡澀。重新啟動(dòng)泵，運行情況良好，振動(dòng)正常，各項工藝性能指標均達到設計要求。6 個(gè)多月來(lái)，泵雖然經(jīng)過(guò)數百次的啟停，運行依然穩定，機械密封密封效果良好，改造獲得成功。
