梁 玲 賓士華

(1.廣西現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 河池 547000； 2.廣西梧州華錫冶煉有限公司， 廣西 梧州 543000)

0 前言

鉛電解旨在獲得高純度的工業(yè)用鉛，并回收伴生的鉍和稀貴金屬。鉛電解過(guò)程中，電解液循環(huán)能夠使電解槽內(nèi)電解液成分保持均勻，克服濃差極化，國(guó)內(nèi)外普遍采用上進(jìn)下出單極循環(huán)方式。其中電解高位槽、電解槽和電解集液槽之間電解液循環(huán)流動(dòng)離不開(kāi)電解液循環(huán)泵，因其能夠抗硅氟酸和氫氟酸，俗稱(chēng)酸泵。酸泵是鉛電解工序生產(chǎn)中十分重要的設(shè)備之一，而機(jī)械密封失效是其維修頻繁的主要原因，導(dǎo)致電解液泄漏，浪費(fèi)原材料，增加設(shè)備維護(hù)維修成本及影響生產(chǎn)進(jìn)度等。本文以某冶煉公司鉛電解工序中氟塑料離心酸泵為例，對(duì)氟塑料酸泵機(jī)械密封失效后進(jìn)行改造修復(fù)，取得了較好效果，解決了生產(chǎn)中設(shè)備運(yùn)行難題，可在行業(yè)內(nèi)借鑒。

1 氟塑料酸泵機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及密封原理

1.1 氟塑料酸泵結(jié)構(gòu)

某冶煉公司鉛電解工序中采用的氟塑料離心酸泵型號(hào)為80FSB- 30，按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，由電機(jī)、底座、防護(hù)罩、支架、聯(lián)軸器、軸承、泵軸、機(jī)械密封和泵體等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示，基本參數(shù)見(jiàn)表1。泵體采用金屬外殼內(nèi)襯聚全氟乙丙烯(F46)， 泵蓋、葉輪和軸套均用金屬嵌件外包氟塑料整體燒結(jié)壓制成型，軸封采用外裝式聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封[1]。適用于輸送任何濃度的硫酸、鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸、王水、強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑、有機(jī)溶劑、還原劑等苛刻條件的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，是目前世界上最強(qiáng)耐腐蝕裝備之一[2-3]。

圖1 氟塑料離心泵的組成結(jié)構(gòu)

流量/m3·h-1揚(yáng)程/m入口直徑/mm出口直徑/mm電機(jī)2極功率/kW503080653

1.2 機(jī)械密封工作原理

氟塑料離心泵采用外裝式聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封，具有良好的浮動(dòng)性和隨機(jī)補(bǔ)償性，由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、聚四氟乙烯波紋管彈力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)等組成，如圖2所示。靜環(huán)由靜環(huán)壓蓋固定在泵體泵蓋上，一般選用石墨或聚四氟乙烯材質(zhì)；動(dòng)環(huán)由聚四氟乙烯波紋管等彈性元件壓緊在靜環(huán)的接觸面，采用不銹鋼或更硬的材質(zhì)，如碳化鎢或碳化硅，耐腐耐磨。該密封結(jié)構(gòu)為單端面機(jī)械密封，即旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)泵軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，同時(shí)帶動(dòng)了聚四氟乙烯波紋管補(bǔ)償機(jī)構(gòu)和動(dòng)環(huán)運(yùn)動(dòng)，由于彈力的作用使動(dòng)環(huán)緊緊地壓在靜環(huán)上，而靜環(huán)則靜止固定在端蓋上，滑動(dòng)的端面在液體壓力及聚四氟乙烯波紋管補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力作用下保持貼合，并與動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸的環(huán)形密封面同時(shí)阻止了電解液的泄漏。

1—靜環(huán)座；2—?jiǎng)迎h(huán)輔助密封圈；3—靜環(huán)輔助密封圈；4—防轉(zhuǎn)銷(xiāo)；5—靜環(huán)；6—?jiǎng)迎h(huán)；7—彈簧；8—彈簧座；9—緊定螺釘圖2 聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

2 氟塑料離心泵機(jī)械密封失效分析及修復(fù)

2.1 機(jī)械密封失效分析

氟塑料離心酸泵泄漏是該類(lèi)泵主要維修故障之一，而聚四氟乙烯波紋管機(jī)械密封泄漏是最主要的原因，主要泄漏點(diǎn)包括靜環(huán)與軸處的四處?kù)o密封點(diǎn)(靜環(huán)與靜環(huán)壓蓋間的密封、密封端蓋與泵體的密封、軸套和軸之間的密封、動(dòng)環(huán)與軸之間的密封)[4-5]和動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封。其中動(dòng)密封是機(jī)械密封裝置中的主密封和決定機(jī)械密封性能和壽命的關(guān)鍵[6-7]。某冶煉公司鉛電解工序中共有8臺(tái)酸泵，其中2臺(tái)備用。2015年以前每臺(tái)泵平均每1.5月維修及更換機(jī)械密封一次，但之后由于泄漏的原因維修更換的次數(shù)頻繁增加，2015年1月維修更換5臺(tái)酸泵機(jī)械密封達(dá)18次。其中因機(jī)械密封漏液而更換的維修次數(shù)就占90%。工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械密封失效情況進(jìn)行測(cè)試觀察，結(jié)果如下：

1) 停機(jī)靜壓時(shí)，泄漏量較小，呈滴狀延動(dòng)環(huán)、靜環(huán)摩擦副間滴下。靜環(huán)和軸處的四處?kù)o密封點(diǎn)無(wú)明顯泄漏噴射；當(dāng)用手動(dòng)盤(pán)車(chē)觀察，動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間泄漏量有明顯變化，而四處?kù)o密封點(diǎn)仍無(wú)明顯泄漏噴射，初步斷定是動(dòng)、靜環(huán)摩擦副存在問(wèn)題。

2)開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間泄漏量有明顯變化，出現(xiàn)噴狀泄漏，而四處?kù)o密封點(diǎn)仍無(wú)明顯泄漏噴射，初步判定為動(dòng)、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。

3)當(dāng)維修人員拆開(kāi)機(jī)械密封后發(fā)現(xiàn)動(dòng)、靜環(huán)接觸表面有明顯凹凸劃痕，有些動(dòng)環(huán)出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

根據(jù)以上現(xiàn)象結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，某冶煉公司氟塑料離心酸泵機(jī)械密封失效的主要原因如下：2015年之前，因陽(yáng)極板成分較穩(wěn)定，電解液的雜質(zhì)較少，隨著生產(chǎn)原料越來(lái)越復(fù)雜，造成電解液的雜質(zhì)較多，因此陽(yáng)極泥等較硬細(xì)小顆粒雜質(zhì)進(jìn)入動(dòng)、靜環(huán)工作的接觸面，造成接觸表面有凹凸劃痕，引起泄漏；其次，維修工人安裝質(zhì)量不合格，導(dǎo)致動(dòng)、靜環(huán)接觸不平衡引起泄漏。

2.2 機(jī)械密封失效修復(fù)

上述氟塑料離心酸泵機(jī)械密封失效的兩個(gè)主要原因影響了酸泵的使用壽命，大大增加維修次數(shù)，其中前者占98%以上。某冶煉公司采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行機(jī)械密封失效修復(fù)。

2.2.1 動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的修復(fù)

動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的修復(fù)，根據(jù)損壞的動(dòng)、靜環(huán)，自行設(shè)計(jì)并制作。由于動(dòng)、靜環(huán)端面彼此貼合作相對(duì)滑動(dòng)的動(dòng)密封，對(duì)動(dòng)、靜環(huán)密對(duì)端面的加工要求很高。因此，在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)械密封時(shí)，從以下方面進(jìn)行改進(jìn)：

1)要保證端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?，壓力過(guò)大，不易形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑液膜，會(huì)加速端面的磨損；壓力過(guò)小，泄漏量增加[8-9]。

2)動(dòng)、靜環(huán)的材料的選擇。根據(jù)統(tǒng)計(jì), 動(dòng)、靜環(huán)的泄漏大約有80%～95%是由于端面摩擦副造成的。因此除了要保持密封面平行之外，用較硬的材料來(lái)制作動(dòng)環(huán)，使其在較軟的靜環(huán)面上旋轉(zhuǎn)摩擦?，F(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)面動(dòng)環(huán)更多選用不銹鋼或更硬的材料制作,例加碳化鎢或碳化硅; 靜環(huán)面則選用石墨或者聚四氟乙烯。80FSB- 30氟塑料離心酸泵的機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)原材質(zhì)為搪瓷，脆性大，設(shè)計(jì)改為耐酸材質(zhì)9CrSi和3Cr13，并調(diào)質(zhì)處理。結(jié)合實(shí)際尺寸設(shè)計(jì)如圖3、圖4所示：

圖3 自行設(shè)計(jì)的9CrSi材質(zhì)機(jī)械密封動(dòng)環(huán)(單位：mm)

圖4 自行設(shè)計(jì)的3Cr13材質(zhì)機(jī)械密封靜環(huán)(單位：mm)

以往當(dāng)機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)磨損失效后，維修工人都是更換整套裝置，就市場(chǎng)價(jià)來(lái)說(shuō)每套約1 000元，成本比較高。通過(guò)技術(shù)人員自行設(shè)計(jì)加工機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)，磨損失效后只更換其中這兩部分，大大節(jié)約維修成本。

2.2.2 過(guò)濾電解液雜質(zhì)

沖洗干凈管道和儲(chǔ)液罐，并在酸泵進(jìn)口前加兩層孔徑1 mm的不銹鋼篩網(wǎng)，有效過(guò)濾電解液雜質(zhì)，嚴(yán)防固體顆粒進(jìn)入密封端面，使密封失效。

2.2.3 保證安裝質(zhì)量

保證機(jī)械密封裝置的安裝質(zhì)量需要加強(qiáng)維修工人安裝技能培訓(xùn)，減少安裝誤差，注意事項(xiàng)如下:

1) 動(dòng)、靜環(huán)端面相互平行，端面單位面積壓力值在最適當(dāng)?shù)姆秶?，?dòng)、靜環(huán)與相配的元件間，不得發(fā)生連續(xù)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，不得有泄漏。

2)必須使動(dòng)、靜環(huán)具有一定的浮動(dòng)性，以便在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中能適應(yīng)影響動(dòng)、靜環(huán)端面接觸的各種偏差[10]，這是保證密封性能的重要條件。浮動(dòng)性取決于密封圈的準(zhǔn)確裝配、與密封圈接觸的主軸或軸套的光潔度、動(dòng)環(huán)與軸的徑向間隙以及動(dòng)、靜環(huán)接觸面上摩裝力的大小等，而且還要求有足夠的彈簧力。

3)要使主軸的軸向竄動(dòng)、徑向跳動(dòng)和壓蓋與主軸的不垂直度在規(guī)定范圍內(nèi)，否則將導(dǎo)致泄漏。

4)在裝配過(guò)程中應(yīng)保持清潔，特別是主軸裝置密封的部位不得有銹蝕，動(dòng)、靜環(huán)端面及密封圈表面應(yīng)無(wú)任何異物或灰塵，在動(dòng)、靜環(huán)端面上可涂一層清潔的潤(rùn)滑油。

5)在裝配過(guò)程中，不允許用工具直接敲擊密封元件。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鉛電解酸泵進(jìn)行機(jī)械密封失效修復(fù)，有效地減少了酸泵的維修次數(shù)，解決了電解液泄漏的問(wèn)題，減輕了工人維修強(qiáng)度。2015年1月改造前，維修更換5臺(tái)酸泵機(jī)械密封達(dá)18次成本約1.5萬(wàn)元；2015年2月改造后，酸泵維修次數(shù)大大降低，3月僅更換機(jī)械密封動(dòng)靜環(huán)10次成本僅2 000元，同時(shí)減少人工維修費(fèi)用、電解液泄漏材料費(fèi)用等約3 000元，節(jié)約維修等成本約1.6萬(wàn)元/月，達(dá)到所預(yù)定的設(shè)計(jì)目標(biāo)值。機(jī)械密封失效修復(fù)在解決電解液泄漏問(wèn)題的同時(shí)，對(duì)改善現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和提高產(chǎn)品質(zhì)量等起到了積極作用，值得在行業(yè)中推廣。