我廠80萬t/年催化裂化裝置取熱器所用的3臺型號為ZF25025500型熱水循環泵(位號: P2103/1,2,3) 是2004年裝置擴建時加裝的泵, 工作介質為高溫高壓飽和水, 原熱水循環泵使用的機械密封為美國生產, 由于這種機械密封屬于進口產品, 是在國外生產, 存在著供貨周期長, 價格昂貴, 且在實際的使用中頻繁發生泄漏, 機械密封的使用周期最長為165天, 最短僅為19天, 平均壽命為70天, 在使用的短短的9個月的時間內因機械密封泄漏更換了7套機械密封, 造成了很大的浪費, 同時也帶來巨大的檢修工作量, 嚴重影響了裝置生產。為節約成本, 也為了使配件國產化, 通過對熱水循環泵機械泄漏的原因分析, 對該泵的機械密封進行了國產改造。

1、密封泄漏原因分析

　　熱水循環泵主要參數見表1。

表1　熱水循環泵主要參數

　　在多次檢修過程中將發生的機械密封解體時發現:石墨靜環上的摩擦副接觸凸臺被磨平, 端面粗糙, 并有開裂現象。動環表面變成墨色, 并且出現徑向裂紋。輔助密封圈老化失效, 摩擦副處密封軸套有燒傷痕跡。一般來說, 機械密封的失效原因大體有6個方面, 見表2。

表2　機械密封失效原因統計

　　由表2 可以看出造成機械密封失效主要原因是:設計缺陷、裝配誤差或工藝操作使用不當。根據該泵密封使用情況和失效后的損壞情況, 除密封失效及壽命短外, 其余一切情況正常, 因此, 可以排除裝配誤差, 大致可以認為是設計缺陷、工藝操作的因素引起的密封失效。初步判斷其機械密封失效有如下幾點:

　　(1)動、靜環材料選擇不合適。原機械密封使用的靜環的材質為浸樹脂石墨, 在高溫下膨脹量過大、膨脹不均勻導致靜環密封面和動環密封面不平行, 在運轉的過程中加劇了動、靜環的磨損, 同時這種摩擦產生大量的摩擦熱, 造成了靜環的熱裂, 這種情況在密封解體檢查過程中多次出現, 是造成密封泄漏的主要原因。

　　(2)密封的自沖洗水量太小。由于循環熱水溫度高, 而通過密封的沖洗水量太小、流速過慢, 對動、靜環起不到很好的冷卻效果。密封腔內溫度高易使密封端面間液膜產生汽化, 液膜承載能力降低, 液膜減薄, 摩擦副在不穩定的似汽相狀態下工作, 摩擦熱增加, 端面溫升過大, 進而引起更多的組分汽化。如此循環, 最終摩擦副在干摩擦狀態下工作, 使石墨靜環磨損加劇。同時, 過大的端面溫升使碳化鎢動環出現徑向熱裂紋, 輔助密封圈老化, 介質泄漏增加,密封壽命大為縮短, 最終使機械密封迅速失效。

　　(3)彈簧選擇不合適。彈性元件在機械密封主要起補償、預緊及緩沖作用, 要求始終保持彈性, 才能保證端面摩擦副緊密貼合和動環補償。因為彈簧的彈性和高溫穩定性直接決定端面密封比壓的大小, 比壓過大, 一方面會造成密封面之間的潤滑液膜厚度減小, 磨損加劇, 另一方面也由于密封端面產生大量的摩擦熱, 破壞了動、靜環端面材料原有的性能, 從而進一步加劇了密封端面的摩擦, 造成熱裂。端面比壓過小, 密封端面處于液體摩擦狀態, 彈簧在高溫作用下, 彈力降低、甚至完全失去彈性, 以致不能保證端面摩擦副貼合, 此時機械密封的密封性能將無法保證。所以, 正確選擇彈簧材料, 特別是彈簧的高溫強度和穩定性, 才能保證合適的彈簧比壓, 從而使機械密封處于最佳的工作狀態。

　　(4)泵抽空。由于熱水循環泵輸送的介質為高溫高壓飽和水, 溫度達到258℃, 壓力達到416MPa, 在這種苛刻的工作環境下極易造成泵抽空, 當泵抽空時, 泵體產生劇烈振動和噪聲, 泵內壓力波動較大, 機械密封端面比壓隨之變化, 使密封環面開啟、間歇振蕩、干摩擦、敲擊造成密封面擊潰、嚴重磨損, 炸裂、不接觸、傾斜等情況。此現象必然導致密封出現不穩定的工作狀態, 密封失效泄漏的可能性將大大增加。