劉 濤，裴銀輝

（中石油塔西南化肥廠，新疆 澤普 844804）

1 概 述

我廠尿素裝置有兩臺尿液泵，其作用是把尿液（濃度73.8%，溫度84℃）增壓送入蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)提濃。此泵為單級懸臂式結(jié)構(gòu)，其軸端密封為集裝式機(jī)械密封，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

這兩臺泵機(jī)械密封運(yùn)行情況很差，經(jīng)常泄漏，故障率很高。僅2009年～2010年兩年間，兩臺泵因機(jī)械密封泄漏造成的檢修達(dá)11次，共消耗機(jī)械密封9套。如此高的故障率是不正常的。不僅造成機(jī)械密封配件消耗，材料成本增加，而且檢修的人工成本也大幅增加。

2 故障現(xiàn)象

（1）新機(jī)械密封安裝后通常20來天會出現(xiàn)輕微的泄漏。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，泄漏會逐漸增大。有時(shí)機(jī)械密封泄漏會突然變大。

（2）倒泵后，有時(shí)能正常運(yùn)行，有時(shí)會立即出現(xiàn)機(jī)械密封泄漏的情況。

拆檢發(fā)現(xiàn)如下情況：機(jī)械密封波紋管上有時(shí)有白色結(jié)晶尿素；機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)有磨損的痕跡，有時(shí)有裂紋。

3 原因分析

根據(jù)故障現(xiàn)象和拆檢情況，判斷機(jī)械密封泄漏是波紋管和動(dòng)靜環(huán)失效導(dǎo)致的。

圖1 尿液泵軸端密封結(jié)構(gòu)示意

3.1 機(jī)械密封波紋管失效原因

尿液泵泵送介質(zhì)為濃度73.8%尿液，這是一種非常容易結(jié)晶的物質(zhì)。尿液泵機(jī)械密封沒有設(shè)置沖洗液，尿液在機(jī)械密封波紋管處處于不流動(dòng)狀態(tài)，故極易產(chǎn)生結(jié)晶；一旦尿液在機(jī)械密封波紋管上結(jié)晶，會使得波紋管補(bǔ)償作用部分失去或全部失去，從而導(dǎo)致泄漏發(fā)生。

尿液泵停泵后，操作人員會用脫鹽水對泵體進(jìn)行沖洗。但是機(jī)械密封波紋管處是死角，波紋管上的尿素結(jié)晶不一定能沖洗干凈，也會使波紋管補(bǔ)償作用部分或全部失去。這樣，下次啟泵時(shí)機(jī)械密封就會泄漏。

3.2 機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)失效原因

尿液泵機(jī)械密封在原始設(shè)計(jì)上沒有密封沖洗液，因?yàn)榭紤]到?jīng)_洗液進(jìn)入泵體隨尿液進(jìn)入蒸發(fā)提濃系統(tǒng)后，稀釋了尿液，對尿素產(chǎn)品中的水分指標(biāo)產(chǎn)生不利影響，影響產(chǎn)品質(zhì)量，故此泵的機(jī)械密封未加密封沖洗液。

由于機(jī)械密封沒有沖洗液，動(dòng)靜環(huán)摩擦產(chǎn)生的熱量無法散發(fā)，而且介質(zhì)溫度也較高，達(dá)到84℃，這就導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)溫度高，使得動(dòng)靜環(huán)磨損加劇，因此動(dòng)靜環(huán)無法達(dá)到預(yù)期使用壽命，短時(shí)間就發(fā)生失效而產(chǎn)生泄漏。動(dòng)靜環(huán)材質(zhì)為硬質(zhì)合金，這種材質(zhì)的特點(diǎn)是硬而脆，長時(shí)間的熱量積累無法散發(fā)，溫度升高到一定程度，動(dòng)靜環(huán)會發(fā)生熱裂失效，產(chǎn)生泄漏。

4 改進(jìn)措施

4.1 機(jī)械密封增加沖洗液的改造

據(jù)上述分析，為防止尿液結(jié)晶，并帶走動(dòng)靜環(huán)的摩擦熱量，最好的方法是對機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)處通入沖洗液（其位置如圖1所示）。

由于泵送介質(zhì)是易結(jié)晶物質(zhì)，故不采用自沖洗方案?？紤]采用 《API682－2002用于離心泵和回轉(zhuǎn)泵的軸封系統(tǒng)》API682方案32——單密封通過外部來源進(jìn)行沖洗。為方便配管，選取尿液泵旁的脫鹽水作為沖洗液，溫度為60～70℃。

按表1選擇機(jī)械密封沖洗液流量。尿液泵密封軸徑為55mm，沖洗液流量應(yīng)達(dá)到4L／min，即0.24m3／h。

表1 一般介質(zhì)泵用機(jī)械密封的沖洗液流量

考慮到?jīng)_洗液進(jìn)入泵體可能會影響產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)入泵體的沖洗液必須控制在工藝可以接受的范圍內(nèi)（要求進(jìn)入泵體的沖洗液不能超過0.1m3／h）。所以應(yīng)在沖洗液管線加一限流孔板。

限流孔板孔徑參考 《JB／T 6634－93機(jī)械密封系統(tǒng)用孔板》，理論上孔板流量確定公式如下：

式中：Q——流量，L／min；

d0——孔板小孔直徑，mm；

H——孔板壓頭降，m（液柱）；

C0——孔流量系數(shù)。

孔板流量系數(shù)C0＝0.17；沖洗水壓力為1.5MPa，尿液泵密封腔壓力為0.3MPa，其壓差為1.2MPa，則H≈120m。

經(jīng)計(jì)算，孔板孔徑d0＝1mm時(shí)，流量Q為1.417L／min（即0.085m3／h），可滿足工藝要求。

4.2 機(jī)械密封增加急冷液的改造

進(jìn)入泵體的沖洗液只有所需流量的1／3，不能滿足要求，所以還要增加一股急冷液，用來帶走動(dòng)靜環(huán)的摩擦熱。即采用 《API682－2002用于離心泵和回轉(zhuǎn)泵的軸封系統(tǒng)》API682方案62——單密封外部急冷。

急冷液的作用是帶走動(dòng)靜環(huán)的摩擦熱，降低動(dòng)靜環(huán)溫度。在機(jī)械密封壓蓋上開急冷孔（如圖1）通入急冷液，急冷液直接通入靜環(huán)后面，流過靜環(huán)和機(jī)械密封壓蓋中間的通道，并從機(jī)械密封壓蓋上的排放孔排出。由于靜環(huán)密封圈和動(dòng)靜環(huán)的作用，急冷液不會進(jìn)入泵體。急冷液可回收，也可直接排放。

急冷液選取用作沖洗液的脫鹽水。尿液泵機(jī)械密封急冷液流量大致為7～9L／min，約為沖洗液流量的2倍。由于尿液泵已通入1.417L／min的沖洗液，急冷液流量取下限Q＝7L／min。沖洗水壓力為1.5MPa，則H≈150m。據(jù)式（1）計(jì)算得急冷液管線限流孔板孔徑d0＝2.07mm。取整得孔板孔徑d0為2mm。

5 結(jié) 語

實(shí)施改造后12個(gè)月內(nèi)，尿液泵機(jī)械密封運(yùn)行良好，沒有更換過，也沒有因機(jī)械密封故障而進(jìn)行過檢修?？梢姳敬喂收戏治雠袛嗍钦_的，所進(jìn)行的改造也達(dá)到了預(yù)期的效果。

［1］顧永泉.機(jī)械密封實(shí)用技術(shù) ［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［2］胡國楨，石流，閻家賓.化工密封技術(shù) ［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.