低温液体泵机械密封泄漏原因分析及改造

一、机械密封泄漏

　　煤制甲醇项目空分装置液氮槽车用悬臂式环段双级离心泵(P50)，瑞士CRYOMEC 公司制造，型号ZP2/260-7，5-DCNSLL，轴封采用波纹管机械密封。装置停运期间，液氮槽车泵，通过两台大气气化器负责向界外装置输送密封氮气，装置正常运行期间负责槽车充装，间断运行。泵体结构见图1。

图1 液氮槽车泵泵体结构

　　液氮槽车泵首次运行，各参数正常，均达到设计指标。运行4h 后停泵，发现机械密封泄漏。检查密封气压力正常，工艺人员对泵重新解冻，然后严格按照冷泵曲线再次冷泵，避免因冷泵过快对泵体造成影响，但机械密封泄漏现象没有消除。解体检查各部件未发现异常，将泵回装，冷泵后启动，运行正常，但是停泵后，机械密封再次出现泄漏。泄漏现象反复出现，厂家人员反复解体检查，更换新机械密封也无济于事，最后厂家不得不放弃。

二、密封泄漏原因分析

　　(1)泵解体时，机械密封动静环摩擦副光洁、平整、无破损、无划痕。机械密封波纹管及其与波纹管座间的焊缝着色检查没发现裂纹。O 形环1、2 完好，弹性良好，尺寸合适。避免了因密封组件缺陷引起泄漏。

　　(2)泵严格按照技术要求回装。泵轴和电机轴经联轴器(属刚性联轴器)联结后，泵轴末端及叶轮径向跳动均<0.02mm，叶轮与轴垂直度偏差0.01mm，动环定距套两端面平行度偏差0.01mm，机械密封静环组件在轴上滑动自如，无卡涩现象。

　　(3)电机轴承为单列深沟球轴承，联轴器为刚性联轴器，转子的轴向窜量，基本上就是轴承的轴向游隙，可不予考虑，因此转子的微小窜量，不会引起机械密封泄漏。

　　(4)对泵体、密封腔、电机等各部位进行振动测量，最大0.22cm/s， 处于优良级，可排除泵振动大造成机械密封泄漏的可能。

　　(5)机械密封的密封气压力一直控制在设计范围内(0.2～0.3MPa)，没有因为密封气压力过低引起机械密封泄漏。

　　(6)由于空分装置是由液化空气(杭州)有限公司整体设计、供货，因此设备安装过程中液空现场工程师对安装质量全程监控，内洁工作做得非常好，泵解体检查已得到很好验证，泵体内没发现任何异物。从而也排除了因摩擦副间杂物引起机械密封泄漏的可能。

　　以上原因排除后，认定机械密封波纹管在超低温环境下弹簧比压急剧下降，导致动静环密封面贴合不紧。由于泵需要频繁开停，波纹管低温下不能回弹，从而导致动静环密封面间出现缝隙，造成机械密封泄漏。

三、机械密封的改进

　　(1)利用低温材料，加工两件内径88mm，外径110mm 的两半式圆环，开口处用M5 内六方螺栓紧固在波纹管两端并紧贴波纹管座的内端面。圆环与波纹管之间有一定的紧力，防止泵运行时圆环产生振动。两半式圆环见图2 所示。

图2 两半式圆环和弹簧

　　(2)在两半式圆环开口的两侧对称位置分别加工6 个直径7.8mm 的盲孔，同侧的6个孔均匀布置，以保证机械密封端面上弹簧比压均匀。在另1 只圆环相对应的位置加工出12 个直径7.8mm 的盲孔，以保证弹簧竖直安装。

　　(3)从专业厂家订购12 个符合尺寸要求的耐低温的弹簧。考虑到超低温环境比较复杂，弹簧比压理论计算偏差较大，如果弹簧安装太多，势必造成比压过大，加剧动静环的磨损，缩短机械密封的使用寿命，于是试安装8 个弹簧。泵运行1 周后，机械密封再次出现泄漏，解体检查发现，动环定距套长度减短了2mm，表明静环弹簧比压过大，造成动静环之间摩擦力太大，致使动环与轴没有同步转动，

　　从而导致动环与定距套产生相对运动，由于动环的硬度远高于定距套硬度，因此定距套出现严重磨损。好在泵运行时间短，机械密封动静环密封面未发生异常磨损和尺寸上的变化，机械密封再次组装时只保留6 个弹簧。改进前的静环见图3，改进后的静环见图4。

图3 改造前的静环

图4 改造后的静环

四、小结

　　泵回装后，盘车轻松无卡涩。重新启动泵，运行情况良好，振动正常，各项工艺性能指标均达到设计要求。6 个多月来，泵虽然经过数百次的启停，运行依然稳定，机械密封密封效果良好，改造获得成功。