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1 漿液離心泵機械密封
1.1 漿液離心泵
該裝置共有脫單塔漿液離心泵16臺，均為常規臥式離心泵，泵葉輪采用全開式結構，型號ID80×50-315，主體材質SUS316，過流體部分材質SUS316L，工作壓力0.22 MPa，工作溫度65 ℃，該種結構離心泵在化工領域使用廣泛，工況適用性強，對于含有顆粒的聚合物漿液介質有較好的輸送性能。
1.2 機械密封應用情況
現泵軸密封采用常規雙端面機械密封，型號45KU-CU，主體材質316 L，密封端面材質為碳化硅—碳石墨，由四川日機密封股份有限公司制造，工作壓力0.15 MPa，密封水沖洗方案選自API610中沖洗方案PLAN52不加壓冷卻方式。
該種機械密封結構為2次改進后的密封形式，泵軸密封曾使用過單彈簧單端面機械密封、多彈簧單端面機械密封，但兩者密封性能非常有限，故障率高，且對于含有丙烯腈單體的毒害工況適用性較差，后經與相關廠家多次研討，改進為雙端面機械密封。
1.3 密封存在的問題
(1)常規生產工況
聚合物漿液為含有顆粒的懸濁液，其粘度、顆粒度及分布性隨不同產品規格發生變化，常因泵軸機械密封各部件無法有效密封而導致聚合物漿液進入軸套、彈簧及動環座，引起動、靜環端面受力不均，產生不同程度磨損，而出現泄漏，竄入端面間的聚合物漿液，其中顆粒物料加速了動、靜環端面磨損。
(2)堿煮工況
脫單塔塔體、真空線、塔盤及分配器上經常出現聚合物漿液結疤，根據生產計劃，常需要定期對脫單塔使用42%濃度的氫氧化鈉進行堿煮除疤，堿煮工況溫度達115 ℃以上，堿煮時間為48 h，泵軸機械密封動、靜環端面材質為碳化硅—碳石墨，這種密封端面材質在高溫堿煮作用下，會出現不同程度過燒，在密封端面上呈現太陽輻射狀條紋分布，且端面密封材料和動靜環因材質不同，受熱而產生不均勻變形，影響機械密封的密封性，造成泵軸機械密封出現內漏或外漏，對生產產生影響，同時也對環境產生危害。
2 密封失效形式及原因
離心泵機械密封結構復雜，是離心泵安裝、維護及管理的薄弱環節，密封失效也是造成機泵維修的主要原因，約占機泵檢維修量55%，需要得到相關管理者的高度重視[2]。
2.1 密封失效形式
漿液離心泵機械密封常見失效形式包括腐蝕失效、摩擦失效、密封附件失效、壓力波動失效及人為違規操作失效等，其中摩擦失效、密封附件失效及工藝操作失效是漿液離心泵機械密封失效主要形式。
2.2 失效原因
(1)腐蝕失效
腐蝕失效包括表面腐蝕、點蝕、應力腐蝕、間隙腐蝕及電化學腐蝕，其中表面腐蝕、點蝕及間隙腐蝕曾因彈簧和定位銷材質使用不當出現過;應力腐蝕多因安裝不當產生，而引起彈簧等金屬部件在應力腐蝕作用下發生斷裂;電化學腐蝕相比較其它類型腐蝕更常見，對機械密封的破壞性更大，主要由工況所致。
(2)摩擦失效
機械密封的摩擦副表面之間存在聚合物漿液顆粒，或機械密封摩擦副材質耐磨性差、摩擦系數大、動靜環端面彈簧比壓過大，都會引起密封端面磨損，引發摩擦失效。
密封端面摩擦副磨損會造成機械密封局部或整體溫度過高，使得機械密封各部件因受熱而產生一系列問題，如摩擦副熱變形或熱脆裂，彈簧高溫失去彈性，各部件密封圈高溫老化、變形、失彈、開裂及斷折等問題，對機械密封密封性產生一定影響，甚至導致密封失效。
(3)密封附件失效
密封附件主要有軸套密封圈、動環密封圈及靜環密封圈，各部位密封圈常采用橡膠O型圈或包氟O型圈，但實際使用中，尤其堿煮工況發現橡膠O型圈易老化，包氟O型圈易變形且無法及時適量回彈，而導致聚合物漿液通過密封失效處進入軸套、彈簧及動環座，加速了動靜環端面摩擦失效。
(4)壓力波動失效
壓力波動失效主要指壓力波動造成的失效，當機封腔內機械密封承受的壓力超過規定比壓時，會加大動靜環端面比壓，不利于形成有效的液膜，加快了端面磨損，同時過比壓會引起端面溫度過高，會使機械密封動環、靜環、彈簧及端面產生變形。當機封腔內機械密封承受的壓力低于規定比壓時，會減少動靜環端面比壓，引起動環、靜環及彈簧波動，無法實現動環和靜環端面有效接觸，此時密封端面處于干摩擦狀態，失去了對密封端面的冷卻、沖洗及潤滑，繼而密封端面產生高溫變形、磨損，甚至出現密封失效。
(5)人為違規操作失效
人為違規操作失效多由于操作人員違規作業，簡化或不執行規定操作規程所致，如未按規定投用機封冷卻水或冷卻水量不足，使機械密封產生高溫變形、磨損、裂縫或過燒剝離、脫落等，對機械密封造成不可逆損害，甚至密封失效。
3 外部因素對漿液離心泵機械密封的影響
3.1 機械冷卻水溫度過高
機封冷卻水來水溫度過高，經流控制閥門狹小間隙時，較易氣化，出現氣泡，加之來水中所夾雜的氣泡，共同作用于機械密封動靜環端面上，對端面產生沖蝕，使端面摩擦副產生破損;且因端面潤滑液膜中含有較多氣泡，不能形成穩定液膜，造成機械密封端面干摩擦，導致密封摩擦失效。
3.2 機泵發生汽蝕
漿液離心泵切換操作時，未按規定進行灌泵或泵轉速過高，在其入口葉輪處發生汽蝕，漿液中的氣泡作用于葉輪上潰滅，對葉輪和泵軸產生軸向作用力，出現摩擦失效與壓力波動失效疊加作用，增加動靜環端面比壓，加快了端面磨損，甚至導致密封失效[3]。
3.3 機泵對中不足
漿液離心泵對中不足主要表現為機泵振動較大，多由于軸承磨損、軸承跑套、聯軸器變形或聯軸器偏口、泵軸變形等原因造成。機泵振動狀態檢測通常需要檢測水平、垂直及軸向3個方向，其中軸向振動對機泵機封影響較大，當振動過大，會造成機械動靜環端面瞬間分離，使端面間液膜破碎，產生泄漏，如若此時動靜環端面附近有顆粒物料存在，顆粒物料會進入動靜環端面摩擦副間，引起端面磨損，導致密封失效。
3.4 泵軸設計不合理
漿液離心泵如若使用撓度較大的泵軸，在其與電機驅動高速運轉時，會造成機封動靜環端面不能完全接觸貼合密封，而出現線接觸或點接觸密封，造成密封端面受力不均，出現不同程度磨損，導致密封失效。
3.5 存在殘余應力
漿液離心泵運轉時，其會受到水平、垂直及軸向3個方向作用力，如果3個方向應力不能有效合理平衡，會造成相應方向殘余應力，其中軸向應力對機封影響較大，會加速動靜環端面磨損，甚至導致密封失效。
4 改進措施
結合漿液離心泵機械密封失效形式、產生原因及外部影響因素，分析機械密封兩次改進后的密封形式，決定采用一體集裝式機械密封，由四川日機密封股份有限公司制造，并對離心泵機械密封失效改進提出要求。
4.1 正確選擇密封形式及安裝
漿液離心泵機械密封形式選擇，要結合實際壓力、溫度、介質及環境因素等工況，不能盲目選擇，這是保證機械密封可靠運行的首步，也是關鍵一步。如漿液離心泵機械密封的兩次改進，多因為只注重考慮某一指標，而不能達到預期目標，單彈簧單端面機械密封改多彈簧單端面機械密封主要考慮平衡端面受力，而未考慮漿液粘度及顆粒度;多彈簧單端面機械密封改雙端面機械密封主要考慮環保和環境因素，而未考慮堿煮工況高溫及高腐蝕性;該次選用一體集裝式機械密封是在2次改進的基礎上，充分考慮不同使用工況及不同物料特性而選定的。
漿液離心泵機械密封安裝時，要按照操作規程逐步執行，使用百分表及游標卡尺，保證找正精度及安裝精度，并做好各部件防護，尤其是密封端面保護，杜絕野蠻操作。
4.2 防控腐蝕引起的失效
防控漿液離心泵機械密封腐蝕失效，首先要確保材料材質準確可靠，備品備件采購渠道正規合理，廠家資質符合要求，有相應的檢驗合格文件，有相應的試件實驗合格文件，有符合要求的驗收程序及記錄;其次日常運行維護中，要避免腐蝕性介質對機械密封的直接接觸，機封冷卻沖洗水來水溫度及純度符合要求，從源頭上防控腐蝕失效。
4.3 防控摩擦引起的失效
防控漿液離心泵機械密封摩擦失效，首先要選用強度及耐磨性更高的密封端面材質，要求集裝式機械密封將密封端面材質由碳化硅—碳石墨改為碳化硅—硬質合金，不僅增加了密封端面強度，也提高了其耐磨性;其次要求密封端面粗糙度及平整度一定符合要求，不合規機械安裝;再者需要避免漿液物料中顆粒物料進入機封內，通過上述控制措施，可有效地防控摩擦失效。
4.4 防控密封附件引起的失效
防控漿液離心泵機械密封附件失效，首先要選用性能穩定，抗壓性、抗彎性及密封性好的軸套、動環及靜環密封圈，將密封圈材質由橡膠或包氟改為全氟醚，該種材質性能穩定，且其抗彎性及密封性較好;其次加強維護，如發現軸套、動環及靜環密封異常，則及時更換，通過上述控制措施，可有效地防控密封附件失效。
4.5 防控壓力波動引起的失效
防控漿液離心泵機械密封壓力波動失效，需確保操作及維護平穩可靠，避免快開、快關及波動操作，加強現場和控制室協同作業，可有效地防控壓力波動失效失效[10～15]。
4.6 防控人為違規操作引起的失效
防控漿液離心泵機械密封人為違規操作是所有防控措施中關鍵、本質的措施，首先加強相關操作及維護培訓，確保人人參與，人人執行，人人監督;其次要將操作規程落到實處，確保每個步驟有據可依、有據可查，符合實際工況，禁用教科書式模式;再者制定相應考核細則，獎罰分明，細化管理要求，通過上述控制措施，可有效地防控人為違規操作失效[16～20]。
4.7 防控外部因素引起的失效
(1)機封冷卻水溫度過高，通過加強水溫監測及運行維護，可有效地防控冷卻水溫度的影響。
(2)機泵發生汽蝕，結合參照防控人為違規操作引起的失效執行。
(3)機泵對中不足，加強檢維修及狀態監測管理，可有效地防控機泵對中不足的影響。
(4)泵軸設計不合理，通過加強設計、采購、制造、檢驗、安裝、調試及運行各環節管理，實現備件全過程管理，可有效地防控泵軸設計不合理的影響。
(5)存在應力，加強安裝、檢維修及日常維修，發現異常及時檢查及檢測，可有效地防控存在應力的影響。
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