高温油泵机械密封发生泄漏的原因分析

　    机械密封在运行中产生的摩擦热使密封端面的温度升高,如不采用相应的措施,会产生以下结果:①密封端面间液膜汽化、磨损加剧。②动、静环产生热变形,致使磨损加剧、泄漏增大。③介质对机械密封的腐蚀速率加快。④辅助密封圈老化、变质而失效。

       目前,一般采用水冷方式对机械密封处温度进行控制,然而采用这种方式普遍存在结垢问题,在轴(套) 上形成的水垢容易破坏密封。较为理想的解决方案就是选用软化水进行冷却,但是此项改造成本太大,可行性不高。到目前为止,国内尚无机械密封生产厂家生产能有效防止水垢生成的机械密封。文中对冷却水水质较差引起的机械密封失效进行了简单阐述。

高温油泵工况简介

        石大科技集团有限公司常减压装置初馏塔底泵型号为150AYⅡ150×2B,介质温度为280℃;常压塔底泵为100AYⅢ120×2B,介质温度为365℃;减压塔底泵型号为100AYⅢ120×2B,介质温度为380℃,均为双级AY型油泵,都采用波纹管机械密封。其他常压流程用泵、减压流程用泵也大多使用波纹管密封,其介质温度在200～400℃,操作压力为0.75～1.75 MPa。每台泵的平均水垢故障周期在7～20d。

高温油泵机械密封发生泄漏原因分析

高温油泵的水垢分析

       从机泵密封腔中取出结垢样本进行了盐酸滴定试验。在滴定的过程中,发现水垢并没有像预期的那样逐渐大部分被溶解,相反只有很少一部分水垢被盐酸溶解。按照最初的推测,水垢的主要成分应该是碳酸盐类和硫酸盐类,在盐酸的滴定试验中大部分是会溶解的,但是滴定试验的结果与推测不相符。因此,对水垢垢样进行了水质硬度分析,其结果见表1 。

       从表中可以发现,悬浮物的质量浓度约是控制指标的5 倍,而COD 的质量浓度则高达控制指标的20 多倍,由此可以断定COD 和悬浮物质量浓度的异常是导致冷却水结垢的主要原因。

表1 　水质硬度分析试验数据表

　   COD 是利用化学氧化剂(如高锰酸钾) 将水中可氧化物质(如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等) 氧化分解,然后根据残留氮化剂的量计算出氧的消耗量,是表示水质污染度的重要指标。其值越小,说明水质污染程度越轻。COD量浓度的超标为各种细菌的滋生提供了温床,从而产生了生物粘泥。随着生物粘泥的增多导致了冷却水管线的堵塞,生物粘泥在高温下硬结,而生物粘泥用盐酸来溶解是很困难的,这与维修现场用盐酸疏通冷却系统困难的现象相吻合。

机械密封处结构分析

波纹管机械密封的结构简图见图1 。

图1 　波纹管机械密封结构示图

　　由图1 可知,冷却水进入冷却腔后会直接流入以下3处: ①动环与轴套处间隙处。②轴套外圆与水套内圆间隙处。③水套外圆与静环波纹管内圆间隙处。

      流入间隙1处的冷却水不能流动,称为死水,冷却效果不佳。一般水垢的生成温度在80℃左右,而间隙1～3处的温度均高于此温度,钙镁盐类以及微生物粘泥的结晶首先在这3处结晶析出,生成水垢。无论是钙镁盐类水垢,还是生物粘泥水垢,生成速度都很快,特别是温度最高的间隙1 处,高温将引起动环变形,造成密封磨损产生泄漏。同时由于间隙1～3处水垢的生成,降低了轴套及动、静环密封面的表面粗糙度,也会促进密封面的磨损,造成机械密封出现泄漏。水垢的进一步增加使间隙2～3处更加减小,使冷却水传热效率进一步下降。

       当水垢在静环波纹管内圆和水套外圆处堆集并堵死静环环座与水套的径向间隙时,将产生以下两个结果: ①石墨静环的密封面磨损后,波纹管的弹力与部分不平衡力之和克服不了水垢对静环座的摩擦阻力,静环不能向密封面补偿,必将出现比较严重的泄漏。②一旦密封冷却水因结垢而变小甚至断流,密封腔内的冷却条件将急剧恶化,积存于密封腔内的水会在高温下变为蒸汽,使密封腔内的压力急剧升高,一旦高于波纹管的弹力时将会推开密封端面,产生极为严重的喷射式泄漏,引发灾难性的后果。

      对比了北常压热油泵机械密封喷油事故的现场情况,与上面的分析基本吻合。

冷却水管线分析

       目前高温油泵的冷却水管线都是采用塑料软管,其耐高温的性能比较差,冷却水管线高温软化变形后,轻则使冷却水的流速变慢,使泵内冷却水结垢的速度加快,重则脱落造成机械密封泄漏或烧毁。通过对日常维修纪录的整理总结发现,由于塑料软管原因导致的机械密封泄漏故障能占到机械密封故障的1/3。

     综上所述,上述3 种原因共同作用的结果导致了机械密封发生了泄漏。