DMT46-50-4型尿素中壓甲銨泵機械密封的失效分析與優(yōu)化處理獲獎科研報告

DMT46-50*4型尿素中壓甲銨泵機械密封的失效分析與優(yōu)化處理獲獎科研報告摘

要：DMT46-50*4型中壓甲銨泵屬于對稱式多級離心泵，驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸封均采用四川日機集裝式機械密封，針對該泵在運行過程中泵體兩端機械密封出現(xiàn)頻繁泄露情況，分析設(shè)備工況、介質(zhì)特性、機封結(jié)構(gòu)和密封材質(zhì)問題，通過優(yōu)化機封結(jié)構(gòu)、改變密封O型圈材質(zhì)和摩擦副材質(zhì)，較好的解決了軸封泄漏問題，節(jié)省維修費用，延長設(shè)備運行周期。

關(guān)鍵詞：對稱多級離心泵、機械密封、泄漏、優(yōu)化機封。

正文：

1DMT46-50*4型中壓甲銨泵介紹

1.1工況簡介

中壓甲銨泵是將尿素裝置低壓系統(tǒng)吸收提濃后的甲銨液輸送至中壓系統(tǒng)，經(jīng)過中壓尾氣吸收后送至高壓系統(tǒng)生成尿素。該泵流量為45m3/H，揚程為200m，NPSHa/r為8/3.8，軸功率為49.7KW，正常運行時流量為35-40m3/H，為避免甲銨液結(jié)晶，通常甲銨液溫度控制在99°以上，濃度控制在40%左右，因甲銨液為強腐蝕性介質(zhì)，低溫易結(jié)晶，成白色正方晶系、柱狀、板狀或片狀結(jié)晶性粉末[1]。

1.2設(shè)備結(jié)構(gòu)

DMT46-50*4型中壓甲銨泵為對稱式四級泵，其葉輪采用對稱布置，可基本消除軸向力，殘余軸向力由一對背靠背的角接觸球軸承承受，避免了竄軸對機封產(chǎn)生的致命影響，有效的增加機封的使用壽命。泵內(nèi)無平衡裝置，既無平衡盤的圓盤摩擦損失又無平衡回流損失，可以提高泵的效率，同時解決平衡裝置失效而導(dǎo)致泵的各種故障，延長泵的使用壽命[2]。

1.3軸封形式

該泵驅(qū)動端與非驅(qū)動端的軸封均采用四川日機集裝機械密封，結(jié)構(gòu)為單端面平衡型機封，動、靜環(huán)材質(zhì)為浸銻石墨與硬質(zhì)合金，動環(huán)補償機構(gòu)為單彈簧，輔助密封O型圈材質(zhì)為氟膠23。機封沖洗方案采用PLAN11，所有與工藝介質(zhì)接觸的部件和沖洗系統(tǒng)管線，其材質(zhì)為316L，保證機封沖洗附屬設(shè)備的耐蝕性和工作穩(wěn)定性。

1.4運轉(zhuǎn)情況

2016年10月份，40萬尿素裝置系統(tǒng)投用中壓甲銨泵，運轉(zhuǎn)一周后，機封出現(xiàn)泄漏，更換備用機封后，維持半月左右再次出現(xiàn)泄漏，這種狀況持續(xù)兩個月左右。這兩個月份出現(xiàn)的泄漏情況基本一致，都屬于大股泄漏狀[3]。

2016年12月份，與四川日機廠家聯(lián)系，將驅(qū)動端和非驅(qū)動端機封O型圈更換AFLAS材質(zhì)，為聚四氟乙烯和碳氫丙烯共聚物，具有較好的耐水蒸氣和耐堿能力。正常運行一個月左右，機封又出現(xiàn)泄漏，這種狀況持續(xù)三個月左右，這次泄漏和上次不同，屬于滲漏型，呈小股細流狀。

2中壓甲銨泵軸封泄漏的失效分析

2.1軸封泄漏

簡單介紹兩次不同階段的中壓甲銨泵機械密封裝置情況。起初，中壓甲銨泵機械密封零部件，動靜環(huán)摩擦副材料不同，動環(huán)為浸銻石墨，靜環(huán)為導(dǎo)熱性能良好的硬質(zhì)合金，靜環(huán)為寬面，動環(huán)為窄面;輔助密封O型圈材質(zhì)為氟膠23，動環(huán)補償機構(gòu)為單彈簧。2016年10月份出現(xiàn)泄漏，發(fā)現(xiàn)O型圈材質(zhì)硬化問題導(dǎo)致機封泄漏后，更換AFLAS材質(zhì)O型圈，代替硬化O型圈，機封重新安裝后，正常運行一個月，于2016年12月份，該泵機封又出現(xiàn)頻繁滲漏，觀察分析因摩擦副動環(huán)端面磨損引起泄漏，2017年3月份聯(lián)系廠家更換新的摩擦副材質(zhì)，新摩擦副采用有壓燒結(jié)的碳化硅+碳化硅，輔助密封O型圈采用全氟醚材質(zhì)，更換新機封后，機泵運行正常，機封無泄漏現(xiàn)象。

2.2原因分析

第一階段，2016年10月份，機泵投用一周后因機封泄漏問題，按照工藝部門要求將中壓甲銨泵機封拆卸，將密封部件解體后發(fā)現(xiàn)：機封動、靜環(huán)接觸面良好，除動靜環(huán)O型圈硬化失效導(dǎo)致變形外，其他均沒問題，O型圈已經(jīng)硬化呈方形，是導(dǎo)致密封失效的主要原因。在實際生產(chǎn)工藝中，中壓甲銨泵輸送甲銨水溶液，正常工況下溫度在70-90℃，輸送甲銨必須處于液相狀態(tài)，并且要保證輸送溫度必須高于甲銨的結(jié)晶溫度，壓力必須高于甲銨熔點以上溫度所對應(yīng)的平衡蒸汽壓，這就決定了機封所受溫度會較高且有腐蝕性，所以機封相關(guān)零部件材質(zhì)必須具有耐高溫老化性和腐蝕性，這是O型圈材出現(xiàn)硬化的主要原因，也是引起機封泄漏的主要原因。從這次機封泄漏可以得出如下結(jié)論：O型圈硬化引起機封泄漏呈均勻流水狀，因設(shè)備投用時間短，機封摩擦副磨損不明顯。

第二階段，2016年12月份將，機封更換O型圈AFLAS材質(zhì)后，中壓甲銨泵運行一個月后，機封又出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，拆卸后，將密封部件解體發(fā)現(xiàn)以下情況。

①機械密封動環(huán)有整體磨損，表面伴有藍綠色晶體引起的細小均勻劃痕;

②機械密封靜環(huán)為硬質(zhì)合金，無磨損，表面光滑平整;

③輔助密封O型圈，為AFLAS材質(zhì)O型圈，很軟無變形硬化現(xiàn)象;

④彈簧無腐蝕，回彈靈活;

⑤動環(huán)與動環(huán)座支座之間略有結(jié)晶，動環(huán)動作靈活，軸與軸套間有白色甲胺液結(jié)晶體。

從圖中分析可以看出，此泵機械密封摩擦副材質(zhì)不一樣，圖1可看出僅有動環(huán)出現(xiàn)磨損，其材質(zhì)為石墨，硬度較硬質(zhì)合金較低，且輸送介質(zhì)又結(jié)晶，導(dǎo)致動環(huán)端面有細小劃痕，加之擦副接觸面工況不穩(wěn)定，出現(xiàn)摩擦副端面有液膜汽化的干摩擦現(xiàn)象，不利于介質(zhì)沖洗液生成潤滑油膜，導(dǎo)致摩擦副磨損嚴重，是此次機封泄漏的主要原因。此次機封泄漏可以得出如下結(jié)論：因摩擦副材質(zhì)不同，動環(huán)受到介質(zhì)結(jié)晶劃痕影響，造成機封泄漏。

3結(jié)論

2017年3月份，因機泵運行周期短，環(huán)保檢查嚴格，總結(jié)前面經(jīng)驗的情況下，將機封結(jié)構(gòu)和部分材質(zhì)進行徹底優(yōu)化：將機封單彈簧改為多彈簧盒式，保證機封受力補償均勻，動靜環(huán)摩擦副采用最新改進的有壓燒結(jié)形式的碳化硅+碳化硅材質(zhì)，O型圈采用全氟醚材質(zhì)，這樣不