催化油漿泵密封失效分析及對(duì)策

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1、催化油漿泵密封失效分析及對(duì)策P208油漿泵是催化裂化裝置的主要設(shè)備，為分餾塔T-201塔底回流泵。由美國(guó)GOULDS公司制造，為單級(jí)單吸懸臂式離心泵由于泵送介質(zhì)(油漿)溫度高(360℃左右)，密度大，且含有催化劑等固體顆粒，顆粒堅(jiān)硬且易聚集，其中催化劑顆粒含量大于11g/l，密封端面磨損嚴(yán)重，甚至產(chǎn)生熱裂現(xiàn)象；GRANE公司生產(chǎn)的2.375/715型機(jī)械密封波紋管處雜質(zhì)(催化劑顆粒，主要成分為Al2O3和SiO2)沉積嚴(yán)重，出現(xiàn)彈性失效現(xiàn)象。平均使用周期僅為20天左右，成為裝置安全生產(chǎn)的隱患。本文著重從密封工況對(duì)機(jī)械密封的影響，探討解決該設(shè)備隱患的方法。1、

2、原密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剖析1.1結(jié)構(gòu)形式及材料原機(jī)械密封形式為波紋管集裝式機(jī)械密封，其組裝圖如圖1所示。該機(jī)封靜環(huán)材質(zhì)為碳化硅(SiC)，動(dòng)環(huán)材質(zhì)為石墨，動(dòng)環(huán)輔助密封圈材質(zhì)為柔性石墨，其余各材料為不銹鋼。主要零部件見表2。1.2原機(jī)械密封的輔助系統(tǒng)1.2.1該泵的機(jī)械密封采用了外沖洗結(jié)構(gòu)。沖洗液(30℃臘油，沖洗液壓力為0.6Mpa)經(jīng)機(jī)封壓蓋進(jìn)入密封腔，對(duì)著密封端面沖洗，帶走摩擦熱，隔斷油漿進(jìn)入密封腔，改善端面摩擦狀態(tài)。1.2.2該泵的機(jī)械密封還采用了水冷系統(tǒng)。冷卻水既起到冷卻摩擦副表面的作用，又能防止密封腔內(nèi)液體進(jìn)入彈性元件腔，從而確保波紋管機(jī)械密封在更保險(xiǎn)更凈

3、化條件下運(yùn)行使用。2、原機(jī)械密封主要失效原因分析通過數(shù)次檢修及對(duì)原機(jī)械密封的解剖分析，發(fā)現(xiàn)引起機(jī)械密封熱裂失效泄漏的原因主要有以下幾個(gè)方面：原因一：泵送介質(zhì)，即油漿中懸浮物主要為催化劑顆粒、重質(zhì)產(chǎn)物以及鹽類聚集物。催化劑顆粒主要為Al2O3及SiO2，硬度大且易粘附在機(jī)封表面上。工藝人員雖采取了多方調(diào)整包括從分餾塔中注入油漿阻垢劑，仍不能阻止催化劑顆?；烊胗蜐{中。拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)泵入口過濾器堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)已損壞的機(jī)封統(tǒng)計(jì)分析，靜環(huán)密封面均較好，而所有動(dòng)環(huán)密封面整體均有不同程度損傷，且多數(shù)產(chǎn)生端面裂紋現(xiàn)象。這是主要因?yàn)橛蜐{中懸浮物進(jìn)入了密封端面，劃傷了動(dòng)環(huán)密封面

4、，并破壞了液膜的連續(xù)性，從而引起泄漏。正常密封時(shí)，密封面處于邊界潤(rùn)滑或半液體潤(rùn)滑狀態(tài)，兩表面被一層具有分層結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑性能的邊界膜分開，當(dāng)密封面間混有催化劑顆?；騽?dòng)環(huán)密封面上有磨損時(shí)，兩密封面間液膜厚度明顯增厚。機(jī)封泄漏量與液膜厚度的關(guān)系見式[1]?？梢姍C(jī)封泄漏量與液膜厚度的三次方成正比。從而導(dǎo)致了油漿大量泄漏。式[1]中，Q-介質(zhì)泄漏量；h0—密封縫隙中潤(rùn)滑液膜的厚度；dm—密封面的平均直徑；P1—被密封介質(zhì)的壓力；P2—外介質(zhì)的壓力；η—?jiǎng)恿φ扯?；b—密封環(huán)的有效密封寬度。2.2原因二：由于波紋管與軸套間隙較小，懸浮物易在波紋管表面上聚集粘附，使波紋管不能

5、進(jìn)行軸向拉伸壓縮，失去彈性。這樣，波紋管就無法提供隨介質(zhì)壓力變化的軸向作用力，起不到補(bǔ)償作用，使端面液膜壓力減小，造成液膜反壓系數(shù)下降，以致于端面比壓下降，引起密封失效。2.3原因三：動(dòng)環(huán)輔助密封圈采用柔性石墨，靠緊固套壓縮密封。柔性石墨易受高溫老化、介質(zhì)聚合粘結(jié)，與軸套之間磨損和腐蝕等因素影響，降低密封性能；同時(shí)軸套、固定環(huán)及動(dòng)環(huán)基座(圖1中件2、14、15)三者的加工尺寸偏差也影響柔性石墨的密封性能。維修中動(dòng)環(huán)不易安裝，且動(dòng)環(huán)水平度難以保證，影響動(dòng)靜環(huán)密封面間的貼合程度，延長(zhǎng)機(jī)械密封磨合期。檢修完畢后，機(jī)泵預(yù)熱投備用時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)軸套外側(cè)介質(zhì)滴漏，維修人員

6、無法判斷介質(zhì)泄漏途徑是從摩擦副間泄漏或從波紋管尾座與軸套間配合處泄漏或者兩者兼而有之。2.4原因四：機(jī)械密封壓蓋中的沖洗孔孔徑偏小，易被催化劑顆粒堵死，造成沖洗量受到限制。入口壓力波動(dòng)時(shí)，封液可能無法進(jìn)入密封腔，使密封腔內(nèi)充滿油漿。摩擦副運(yùn)行工況變得極為惡劣,縮短了機(jī)械密封的使用壽命。綜上所述，由于原機(jī)械密封沖洗系統(tǒng)的局限性，部分介質(zhì)油漿進(jìn)入密封腔中，催化劑顆粒粘結(jié)在沖洗口的周圍，使沖洗液流量減少，造成油漿更多的進(jìn)入密封腔內(nèi)，形成惡性循環(huán)。最終導(dǎo)致沖洗孔堵塞，沖洗液中斷，摩擦副溫度升高，動(dòng)環(huán)因此產(chǎn)生熱應(yīng)力裂紋。密封腔內(nèi)油漿中催化劑顆粒結(jié)焦，造成波紋管彈力減少

7、，動(dòng)環(huán)失去軸向補(bǔ)償作用。另一方面，催化劑顆粒進(jìn)入摩擦副密封表面之間。因動(dòng)環(huán)材質(zhì)為石墨材料，其硬度低于催化劑顆粒硬度。動(dòng)環(huán)面造成劃傷，進(jìn)一步增大密封間隙，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。3.改造對(duì)策及措施該機(jī)泵機(jī)械密封失效的主要原因?yàn)槟チ?主要為催化劑顆粒)磨損。磨料顆粒尺寸為0.3～3μm時(shí)，磨損最為嚴(yán)重。針對(duì)磨料磨損，防止外來磨料進(jìn)入密封和從密封流體中分離出固體磨粒是非常重要的措施。此外，正確選用耐磨材料和采用硬-硬材料組合也是很有效的措施。因此，簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)地改變機(jī)封輔助備件結(jié)構(gòu)形式，減少進(jìn)入密封腔的油漿量，改善運(yùn)行工況；并選用國(guó)產(chǎn)DBM65A型波紋管機(jī)械密封替代GRAN

8、E公司生產(chǎn)的2.375/715型波紋管機(jī)械密封，以期