化工機(jī)械P101高壓氨泵干氣密封泄漏的故障分析與處理對(duì)策論文(關(guān)海明)

1、高壓氨泵干氣密封泄漏的故障分析與處理對(duì)策施時(shí)楷 常怡濤 關(guān)海明（中海石油化學(xué)股份有限公司，海南東方，572600）摘要 分析多級(jí)離心式高壓氨泵干氣密封損壞泄漏的原因，是機(jī)封緊定套失效使機(jī)封內(nèi)側(cè)動(dòng)環(huán)傳動(dòng)軸套和定位軸套外移，動(dòng)、靜環(huán)比壓加大，磨損加劇，密封面損傷而泄漏。采取在車床上單邊進(jìn)刀量為0.25mm的整形光刀措施，可繼續(xù)使用。關(guān)鍵詞 干氣密封 高壓氨泵 泄漏 故障 對(duì)策1 概述 中海石油化學(xué)股份有限公司化肥一部年產(chǎn)520kt大顆粒尿素裝置，其關(guān)鍵設(shè)備之一的高壓氨泵（P101A/B）驅(qū)動(dòng)機(jī)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)與增速機(jī)以及增速機(jī)和高壓氨泵之間由膜片式彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。主要特性參數(shù)見(jiàn)表1 表1 高壓氨泵

2、的特性參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)制造廠意大利新比隆公司型號(hào)4×10DDHF/10ST級(jí)數(shù)10級(jí)介質(zhì)液氨介質(zhì)溫度（最小/正常）/10/37介質(zhì)密度（10/37）/kgm-3 626/586軸功率/kW1064密封轉(zhuǎn)速/rmin-1揚(yáng)程（NH3）/m出口流量入口壓力（絕壓）/Mpa出口壓力（絕壓）/Mpa轉(zhuǎn)向(自增速箱方向看)轉(zhuǎn)子質(zhì)量/kg電機(jī)轉(zhuǎn)速/rmin-1干氣機(jī)械密封7500350060.36/70.322.2522.35順時(shí)針1262960高壓氨泵機(jī)組由意大利新比?。∟UOVO PIGNONE）公司設(shè)計(jì)制造，驅(qū)動(dòng)機(jī)為電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的增速箱以及增速箱和高壓氨泵之間由膜片式彈性聯(lián)軸器聯(lián)接。機(jī)組主要

3、附屬設(shè)備有油箱、油泵、油冷器、油過(guò)濾器、氮?dú)膺^(guò)濾器、注氨過(guò)濾器等。高壓氨泵為單缸、二段、十級(jí)離心泵，由內(nèi)缸和外缸兩部分組成，外缸為筒形，內(nèi)缸水平剖分為上、下兩部分。轉(zhuǎn)子由10級(jí)葉輪、軸及軸套等零部件組成，轉(zhuǎn)子和內(nèi)缸能一起從泵的非驅(qū)動(dòng)端抽出。泵的軸端密封采用英國(guó)約翰-克蘭（JOHN CRANE）公同生產(chǎn)的T.28VL型串級(jí)式干氣（機(jī)械）密封，性能穩(wěn)定良好，但價(jià)格極其昂貴。一級(jí)是機(jī)械密封，二級(jí)是干氣密封。徑向軸承為可傾瓦塊式軸承，止推軸承為金斯伯雷型軸承。2 存在的問(wèn)題及故障分析 2006年11月22日，在檢修后試泵10min認(rèn)為正常，（但已備用3個(gè)月），準(zhǔn)備倒泵投用。在啟動(dòng)5min的時(shí)段內(nèi)發(fā)現(xiàn)非

4、驅(qū)動(dòng)端機(jī)封鎖緊套的溫度達(dá)到90度。而該泵正常正常運(yùn)行時(shí)的溫度為37左右，溫升過(guò)快過(guò)大，情況異常而緊急，決定立即停泵檢修。由于停泵及時(shí)，沒(méi)有引發(fā)更大的損害。該泵自2005年計(jì)劃大修以來(lái)，已發(fā)生多次類似事故，有幾次還引發(fā)液氨外噴泄漏。P101A/B的機(jī)封泄漏的情況較多，占停泵的80%。這與機(jī)封設(shè)計(jì)運(yùn)行周期甚遠(yuǎn)，運(yùn)行周期是五至八年。這兩年來(lái)更換了11套機(jī)封，嚴(yán)重影響了泵的穩(wěn)定運(yùn)行，也造成幾百萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，意大利新比隆原廠商及在用同類型泵的兄弟廠家的工程技術(shù)人員都在嘗試采用各種辦法和措施，以求找到解決問(wèn)題的最佳答案。為了改善和優(yōu)化機(jī)封定位軸套與泵軸定位配合的緊定作用，他們采用在定位軸套與泵軸受

5、力配合的工作筒體軸向180°對(duì)稱部位剖銑1.0mm寬的裂口，以利定位軸套在緊定套的收縮緊定扭矩的作用下更好地與泵軸配合，但是仍然沒(méi)有徹底解決。從機(jī)封失效、損壞的原因分析主要有以下幾種可能情況：1） 轉(zhuǎn)子振動(dòng)大或機(jī)封沖洗水（液氨）量、氮?dú)鈮毫Σ蛔?，使機(jī)封末型成液膜和氣膜而“燒裂”動(dòng)環(huán)、靜環(huán)等組件。2） 靜環(huán)面磨損及靜環(huán)開(kāi)裂是機(jī)封損壞失效的原因之一。主要是介質(zhì)不干凈所致,使靜環(huán)磨損加劇；其次是泵的出口壓力超壓和泵工作壓力不穩(wěn)定等，都很容易造成比壓失調(diào)、靜環(huán)磨損、開(kāi)裂而是機(jī)封損壞。3）靜環(huán)“卡死”也是導(dǎo)致機(jī)封失效的原因之一。靜環(huán)卡于靜環(huán)座內(nèi)，不能軸向適量移動(dòng)來(lái)滿足跟隨、補(bǔ)償，以保持良好密封

6、配合需要的情況時(shí)有發(fā)生。分析其原因：一是機(jī)封靜環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡十分合理，導(dǎo)向部位的間隙很小，出現(xiàn)動(dòng)、靜環(huán)密封面分離現(xiàn)象；其次是彈簧失效，當(dāng)運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)易導(dǎo)致彈簧力失穩(wěn)，使靜環(huán)與動(dòng)環(huán)密封面偏斜和比壓失控，出現(xiàn)偏磨、磨損加劇和比壓不足。4） 彈簧及“O”形環(huán)、“V”環(huán)剪斷、擦傷、缺損導(dǎo)致機(jī)封失效的情況在試生產(chǎn)階段也時(shí)有發(fā)生。分析其原因可能是由于泵運(yùn)行工況的不穩(wěn)定，導(dǎo)致靜環(huán)工作時(shí)“波動(dòng)”較大，從而導(dǎo)致“O”形環(huán)、“V”墊、彈簧“脫離”正常工作位置，產(chǎn)生“剪斷”、“擦傷”現(xiàn)象。當(dāng)然，這種情況在檢修裝配過(guò)程中，操作不精心也可發(fā)生，因此必須極力避免。5） 機(jī)封鎖緊套失效，將使機(jī)封動(dòng)環(huán)不能與泵軸一起旋轉(zhuǎn)

7、或時(shí)快時(shí)慢使機(jī)封的動(dòng)、靜環(huán)兩端面之間未能成形液膜和氣膜或液膜和氣膜的剛度很低，導(dǎo)致動(dòng)、靜環(huán)互相接觸摩擦而快速磨損。機(jī)封內(nèi)組件受壓外移，擠壓力劇增而損壞動(dòng)靜環(huán)，引起“液氨外泄”甚至?xí)斐伞盁S”的嚴(yán)重事故。3 拆檢情況及排除故障原因1） 拆卸過(guò)程中再次認(rèn)真檢查了徑向軸承和止推軸承的間隙與竄量分別是：驅(qū)動(dòng)端軸承徑向間隙0.10mm，非驅(qū)動(dòng)端徑向軸承間隙0.07mm，止推軸承竄量0.23mm；從主控得知，停泵前儀表探頭的振動(dòng)顯示值是m沖洗水（液氨）管道上的顯示值是20bar，氮?dú)夤艿郎系娘@示值是4bar，都符合技術(shù)要求拆檢吹掃氮?dú)鉃V網(wǎng)與管道均都干凈；從這幾點(diǎn)可推斷轉(zhuǎn)子振動(dòng)大或機(jī)封的沖洗水（液氨）、氮

8、氣壓力不足的原因可以排除。2） 拆卸入口濾網(wǎng)沖洗，從濾網(wǎng)上看介質(zhì)并不臟，且該泵剛剛開(kāi)始啟動(dòng)，尚未倒入系統(tǒng)運(yùn)行，沒(méi)超壓運(yùn)轉(zhuǎn)?？膳懦o環(huán)面磨損及開(kāi)裂的可能。3） 拆卸的機(jī)封，從外觀上看，靜環(huán)被卡在靜環(huán)座內(nèi)的可能性較小，因?yàn)闄C(jī)封的組裝是經(jīng)過(guò)原廠家JHONCRANE公司的專人試驗(yàn)合格的，靜環(huán)“卡死”的原因可以排除。4） 從主控室的歷史數(shù)據(jù)顯示，機(jī)封故障前運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有不正常的波動(dòng)或脈沖；這可排除彈簧及“O”形環(huán)、“V”環(huán)“剪斷”的可能。當(dāng)初檢修后試運(yùn)轉(zhuǎn)10min,無(wú)泄漏，可排除裝配時(shí)的失誤現(xiàn)象。5） 在拆檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，非驅(qū)動(dòng)端的機(jī)封定位軸套和緊定套在泵軸上已軸向位移了6mm，機(jī)封泄漏和機(jī)封緊定套溫度高

9、的主要原因是機(jī)封緊定套失效，定位軸套與泵軸緊定力不足，在系統(tǒng)內(nèi)壓力的作用下，機(jī)封動(dòng)環(huán)及機(jī)封內(nèi)側(cè)動(dòng)環(huán)傳動(dòng)軸套等組件向外擠壓位移，并使泵軸與機(jī)封內(nèi)側(cè)動(dòng)環(huán)傳動(dòng)軸套、定位軸套出現(xiàn)機(jī)械摩擦生熱所致。4 故障處理根據(jù)以上情況分析與判斷，主要原因是機(jī)封緊定套失效使機(jī)封機(jī)內(nèi)側(cè)動(dòng)環(huán)傳動(dòng)軸套和定位軸套外移，動(dòng)、靜環(huán)比壓加大，磨損加劇，密封面損傷而泄漏。緊定套與定位軸套緊力不足，內(nèi)、外側(cè)動(dòng)環(huán)傳動(dòng)軸套及定位軸套受軸向力作用向外位移，且沒(méi)有與泵軸同步旋轉(zhuǎn)，出現(xiàn)相對(duì)的機(jī)械摩擦而溫度急劇升高的現(xiàn)象。近兩年來(lái)，機(jī)封泄漏次數(shù)較多，機(jī)封緊定套螺釘扭矩也因此逐漸加大，已經(jīng)加到45 N·m（設(shè)計(jì)值最大29 N·m

10、），還是鎖不住。采用實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的方法，把在用的舊定位軸套和緊定套與原廠進(jìn)口的新備件一起放在工作臺(tái)上，按照其在泵上的工作狀態(tài)進(jìn)行各種檢測(cè)、核實(shí)。實(shí)驗(yàn)表明：拆下的舊機(jī)封緊定套螺栓的緊固扭矩從29 N·m一直加大到45 N·m，分段測(cè)量定位軸套的內(nèi)徑數(shù)值，就是加到45 N·m，定位軸套的內(nèi)徑收縮量直徑只有0.02mm，也就是說(shuō)定位軸套與軸在達(dá)到45 N·m的狀態(tài)下其過(guò)盈量只有0.02mm，且緊定套內(nèi)、外圈基本沒(méi)有發(fā)生軸向位移，說(shuō)明緊定套內(nèi)錐面沒(méi)有起到錐面收縮迫使定位軸套產(chǎn)生足夠大的內(nèi)向收縮過(guò)盈配合作用。0.02mm的過(guò)盈裝配量確實(shí)難以起到緊定和傳遞扭矩的作用。在

11、用的舊緊定套，由于長(zhǎng)期使用，多次拆裝，外圈銹蝕、碰撞變形，內(nèi)圈外邊沿卡于外圈內(nèi)邊沿，再加大螺栓的緊固力矩，也不會(huì)發(fā)生內(nèi)、外圈的相對(duì)軸向位移，內(nèi)、外圈錐面沒(méi)有起到應(yīng)有的錐形錐面相對(duì)軸向位移形成內(nèi)圈收縮變形，實(shí)現(xiàn)定位軸套形成0.120.26mm收縮量，以確保其在工作位置與泵軸產(chǎn)生足夠大的過(guò)盈配合量的緊定力。在這次實(shí)驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程中，驗(yàn)證了新的原裝機(jī)封緊定套螺栓的緊定扭矩只用到最小設(shè)計(jì)值的24 N·m時(shí)，定位軸套就已產(chǎn)生了0.26mm過(guò)盈量，且緊定套內(nèi)、外圈組件的軸向位移量達(dá)到了3.4mm。定位軸套與軸形成的0.26mm過(guò)盈量足夠保證其在泵正常工作時(shí)的緊定力，充分滿足承受內(nèi)壓的擠壓力和起到傳遞

12、扭矩的作用，確保機(jī)封內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)部件與泵軸的穩(wěn)定、同步旋轉(zhuǎn)，從而檢驗(yàn)和證明了意大利新比隆公司提供的最大螺栓扭矩29 N·m是科學(xué)、正確和足夠的。技術(shù)資料上沒(méi)有提及緊定套內(nèi)外圈相對(duì)軸向位移的數(shù)據(jù)，造成了只要保證緊定套的緊定螺栓扭矩達(dá)到最大29 N·m，就可以保證緊定套與定位軸套的緊定力的假象，認(rèn)為只要達(dá)到29 N·m以上的緊定扭矩，就理所當(dāng)然地認(rèn)為檢修是沒(méi)有問(wèn)題的。考慮到更換新的定位軸套和緊定套，螺栓扭矩有意控制在低于最大值的29 N·m要求以內(nèi)，為下一個(gè)周期的檢修留下重復(fù)使用和可增大數(shù)值的余地。這次機(jī)封緊定套在27 N·m的螺栓緊固扭矩作用下的位移

13、量是驅(qū)動(dòng)端2.9mm，非驅(qū)動(dòng)端3.2mm。檢修完工后于2006年11月28日上午開(kāi)機(jī)投用，啟動(dòng)平穩(wěn)，工況良好，各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)完全合格，非常順利地倒入系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行至今。拆卸下來(lái)的舊機(jī)封緊定套由于使用的時(shí)間長(zhǎng)或多次重復(fù)使用，緊定套銹蝕、碰撞變形和金屬塑性變形等，造成緊定套卡澀，增大了內(nèi)、外圈的軸向位移阻力，即使加大緊定螺栓的扭矩也不會(huì)使內(nèi)外圈產(chǎn)生軸向位移，其錐面起不到收縮作用，得不到足夠的收縮過(guò)盈量，出現(xiàn)緊定套緊不住定位軸套，引起機(jī)械密封內(nèi)組件在內(nèi)壓作用下向泵腔外側(cè)移出，破壞機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)的比壓，加劇機(jī)封損壞，引起事故。采取在車床上單邊進(jìn)刀量為0.25mm的整形光刀措施，再做實(shí)際測(cè)驗(yàn)，檢測(cè)證實(shí)

14、，用29 N·m的扭矩同樣仍能保證緊定套內(nèi)、外圈有3.2mm的軸向位移量，定位軸套產(chǎn)生了0.25mm緊定過(guò)盈量，可繼續(xù)使用。5 建議和思考 1）建議。機(jī)封鎖緊套使用過(guò)幾次就應(yīng)該認(rèn)真檢測(cè)，做必要的測(cè)試，確定其是否還有足夠的收縮緊定過(guò)盈量，必要時(shí)上車床光刀，如圖1；或更換新的組件。安裝時(shí)，一定要注意緊定套在緊定螺栓的扭力作用下，達(dá)到足夠的軸向位移量，應(yīng)使內(nèi)、外圈的外端面基本處于同一軸向平面內(nèi)。圖1 機(jī)封鎖緊套示意圖2）思考。為了解決引起定位軸套的收縮變形，給今后檢修拆卸定位軸套帶來(lái)一定的困難，以至于可能因此而損傷泵軸等問(wèn)題，設(shè)想在定位軸套已改為在180°處開(kāi)1.0mm切口的基礎(chǔ)

15、上，換一種放大來(lái)實(shí)現(xiàn)既保證有良好足夠收縮效果，又能便利拆卸的單邊1.0mm通切口，或直接將定位軸套剖銑且成兩半組合使用，這樣在檢修過(guò)程中會(huì)帶來(lái)極大的方便。當(dāng)然，這要在今后的工作中慢慢探索求證，最好是先用舊件做好實(shí)驗(yàn)，獲得十分的把握后再行實(shí)施。LEAKAGE REASONS FOR DRYING GAS SEALING OF HIGH AMMONIA PUMP AND TREATMENT MEASURESShi Shikai and Guan Haiming(China Blue Chemical Co ., Ltd ,Dongfang hainan,572600)Abstract: Regar

16、ding the damage and leakage of drying gas sealing gas sealing of multistage centrifugal HP ammonia pump,The reason is analyzed as follows;failure of mechanical seal part pushing ring shaft sleeve inside mechanical seal and fixed shaft sleeve to move outside;inceased specific pressure of movable ring and f