白土精制装置泵-103机封泄漏故障分析及处理

侯炳颖

摘要：白土精制装置泵-103系双螺杆泵，输送的介质为吸附剂、脱氮剂，介质具有腐蚀性，介质泄漏影响环境安全。该泵机械密封平均运行15天左右，机械密封出现渗漏现象，严重影响装置平稳运行。本文通过对机封泄漏原因分析、提出改进机封结构解决轴封频繁泄漏故障。

关键词：装置泵;机封泄漏;故障分析;机构改进

1.设备概况

白土精制装置2010年进行工艺改进，变白土精制工艺为吸附剂、脱氮剂联合精制工艺，泵-103为双螺杆泵，泵在运行过程中就频繁发生机封泄漏故障。

该泵的相关工艺参数如下：

该泵用于输送生产原料RUN-410型脱氮剂（强酸性液体），将脱氮剂注入装置备用储罐，同时还用于输送装置工艺生产完毕后的脱氮剂尾渣（高粘度、强腐蚀、多颗粒的胶状介质），将尾渣输送装车运走，因此，该泵承担输送两种完全不同的介质及工况，机封泄漏故障频发。

该泵机封总成为多弹簧结构，故障现象多为包塑密封圈腐蚀融化、动静环损伤、动静环断裂和弹簧失弹密封失效等。

2.故障原因分析

2.1辅助密封原因

由于该泵输送介质为酸性制剂、络合剂、酸酐和溶剂组成强腐蚀性和毒性混合剂，对塑料普通橡胶可以迅速溶解，造成包塑辅助“O”型密封圈腐蚀融化，橡胶材质的辅助密封圈无法满足介质要求。

2.2介質原因

该泵介质为RUN-410型脱氮剂和脱氮剂尾渣，经常夹杂各种杂质，含固体杂质进入泵转子之间的间隙，一方面造成转子损伤，另一方面如果杂质体积较大，会造成转子卡阻、电机跳闸，在此过程中常伴随泵振动，对机封的使用不利。

2.3机封设计原因

测量原机封的各项尺寸如下：

密封端面内径 ，外径 ，平衡直径 ;计算该型机封平衡系数 ，带入数值， 。即该机封为非平衡型单端面大弹簧机封。按照标准型式机械密封平衡系数推荐表，泵用103型机械密封平衡系数推荐值为1.15-1.27，故该型机封的密封面尺寸符合技术要求。

在机械密封结构设计时，往往遇到选择单弹簧还是多弹簧的问题，一般当轴颈小于 时，一般选择单弹簧结构。该泵机封安装部位轴径为 ，按照机封设计规范，应该优先选用大弹簧，而该泵原设计采用了小弹簧结构。

小弹簧结构的缺点在于：丝径小，介质的腐蚀性或者固体杂质对弹簧的影响较大，容易造成机封失效，这也与该泵介质的情况相符。

3.机封机构改进

3.1辅助密封圈

将辅助密封圈由橡胶材质的“O”型圈改为聚四氟乙烯材质的“V”型密封圈。聚四氟乙烯材料的弹性较差，它主要依靠结构变形，使其唇口紧贴密封面来实现密封，是一种自紧式密封。介质压力高时，它密封性能良好，为了保证介质压力变化变低时，密封圈保持密封性能，选择“V”型圈时其内径小于轴径0.2mm，外径大于安装部位尺寸0.3mm，与撑圈配合使用。

3.2介质中的固体杂质问题

针对该泵入口介质中经常含有固体杂质的问题，在泵入口管线加装专用不锈钢过滤网，防止杂质进入螺杆泵，导致螺杆破坏、泵体振动、机封失效。

3.3机封结构方面

经过分析，对该型机封结构的主要改造在于将小弹簧结构改为大弹簧。

3.3.1弹簧材料选择

选择弹簧材料为热轧弹簧钢丝，牌号 ，由于机械密封弹簧多为作用次数在 且受冲击载荷，查表可知该弹簧材料的许用剪应力 。

3.3.2在推荐尺寸系列当中选择弹簧相关尺寸：

3.3.3弹簧尺寸校核

3.3.3.1计算旋绕比（弹簧指数）

3.3.3.2 选定弹簧比压

弹性元件施加到密封端面单位面积上的力成为弹簧比压，用 表示。弹簧比压的作用是但介质压力很小或者波动时仍能维持一定的端面比压，使密封端面贴紧，保持密封性能。

选择的新型103型机封，按照泵用机械密封弹簧比压推荐值 范围，对于采用聚四氟乙烯辅助密封材料的取高值，选择 。

3.3.3.3 计算弹簧最大工作负荷 见图1弹簧负荷变形图

3.3.3.4计算弹簧的曲度系数（应力修正系数）

3.3.3.5 校核扭转切应力

从校核结果来看，该弹簧无法满足扭转切应力条件，需要重新选择弹簧尺寸系列。

从扭转切应力的计算公式来看，改变 值，即弹簧截面直径的大小对于扭转切应力减少最为有利，故将 值重新选取为 ，再次进行校核计算可得出：

旋绕比

弹簧曲度系数

重新计算扭转切应力

由计算结果可知，修正后的弹簧尺寸系列满足上述强度条件。

3.3.3.6校核弹簧工作极限负荷

4.实际运行情况

自该泵安装了新型机封，截至目前已连续运行15个月，运行效果良好。

参考文献：

[1]顾永泉，机械密封实用技术【M】.北京：机械工业出版社，2001

[2]孙玉霞 李双喜 李继和等，机械密封技术.北京：化学工业出版社，2014.6