高速泵机械密封泄漏原因分析及改造.pdf

1、2005 年 第 2 期高 速 泵 机 械 密 封 泄 漏 原 因 分 析 及 改 造庄 永 福(天 津 石 化 公 司 ,天 津 300271)摘 要 乙 烯 装 置 丙 烯 外 送 泵 为 GSB 型 高 速 泵 ,密 封 频 繁 泄 漏 ,通 过 对 其 机 械 密 封 端 面 比 压 的 核 算 与 分 析 ,并 对 其 机 械 密 封 动 环 材 料 及 结构 的 分 析 找 到 了 密 封 失 效 的 原 因 ,有 针 对 性 地 对 其 进 行 综 合 改 造 ,收 到 良 好 效 果 。关 键 词 高 速 泵 机 械 密 封 泄 漏 分 析 改 造天 津 石 化 公 司 乙 烯

2、 装 置 丙 烯 外 送 泵 为 下 游 聚 丙烯 装 置 提 供 原 料 ,该 泵 对 于 整 个 聚 丙 烯 装 置 极 为 重要 ,反 应 所 用 的 液 态 丙 烯 全 部 都 由 它 来 供 给 。 该 泵 自2001 年 4 月 投 用 以 来 ,两 台 泵 曾 多 次 发 生 润 滑 油 、 密封 液 和 丙 烯 泄 漏 故 障 。 虽 经 多 次 检 修 ,更 换 新 的 机 械密 封 部 件 ,但 效 果 甚 微 。 我 们 通 过 分 析 其 泄 漏 的 原因 ,有 针 对 性 地 进 行 了 综 合 改 造 ,收 到 了 良 好 效 果 。1 基 本 情 况丙 烯 外 送

3、 泵 为 立 式 高 速 泵 ,其 型 号 为 GSB ,由航 天 工 业 总 公 司 第 十 一 研 究 所 研 制 。 该 泵 由 电 机 、增 速 器 、 泵 体 、 强 制 润 滑 系 统 、 密 封 液 循 环 系 统 等 部分 组 成 。 其 性 能 参 数 如 表 1。表 1输 送 介 质 丙 烯 介 质 密 度 540kg/ m3电 机 转 速 2950r/ min 泵 转 速 10275r/ min进 口 压 力 (表 ) 1. 8MPa 出 口 压 力 (表 ) 4. 3MPa进 口 温 度 32 出 口 温 度 34 流 量 50m3/ h 电 机 功 率 90kW增 速

4、 器 为 二 级 齿 轮 增 速 ,输 入 轴 转 速 (即 电 动 机转 速 )为 2950r/ min ,输 出 轴 转 速 为 10275r/ min ,两轴 封 采 用 了 不 同 的 形 式 。 上 轴 封 (即 输 入 轴 轴 封 )为唇 形 密 封 (橡 胶 骨 架 唇 封 ) 。 下 轴 封 (即 输 出 轴 轴 封 )为 机 械 密 封 ,其 代 号 为 60 。 增 速 器 内 装 有 润 滑油 ,由 强 制 润 滑 系 统 进 行 循 环 ,对 下 部 机 封 进 行 润滑 、 冷 却 。泵 体 部 分 的 轴 封 为 两 套 串 联 的 机 械 密 封 ,上 部机 械

5、密 封 代 号 为 60B ,下 部 机 械 密 封 代 号 为 60A。两 套 机 械 密 封 之 间 的 密 封 腔 充 满 密 封 油 ,在 密 封 液补 给 循 环 系 统 内 (包 括 一 个 密 封 油 罐 ) 进 行 循 环 ,对机 械 密 封 进 行 润 滑 、 冷 却 。这 三 套 机 械 密 封 都 由 如 下 部 件 组 成 :动 环 、 静环 、 推 环 、 弹 簧 、 弹 簧 座 、 辅 助 密 封 圈 、 卡 环 等 。 推 环 、弹 簧 、 弹 簧 座 、 以 及 卡 环 ,辅 助 密 封 圈 有 “ O” 形 橡 胶圈 和 P TFE 楔 形 环 ,静 环 材

6、料 都 为 石 墨 ( M106 K) 。其 动 环 材 料 有 所 不 同 ,60A 和 60C 的 动 环 都 是 由 硬质 合 金 YG6 制 成 的 ,而 60B 的 动 环 ,其 基 体 材 质 为0Cr18Ni12M02 Ti ,在 其 密 封 端 面 上 堆 焊 一 层 厚 度 为1. 5 mm 的 硬 质 合 金 。2 机 械 密 封 泄 漏 分 析高 速 泵 增 速 器 与 泵 体 之 间 有 一 空 腔 ,泄 漏 的 润滑 油 和 密 封 油 都 积 聚 在 这 里 ,经 排 油 孔 引 至 泵 体 外的 油 杯 中 。 该 泵 自 投 用 以 后 ,就 有 油 漏 出 流

7、 到 油 杯里 ,每 隔 3 5 天 就 需 要 给 泵 增 速 器 油 箱 补 加 润 滑油 。 在 运 转 1 2 个 月 后 ,机 械 密 封 密 封 性 能 开 始 恶化 ,密 封 油 向 外 泄 漏 ,油 杯 及 密 封 油 罐 内 油 的 颜 色 变为 黑 色 。 这 说 明 丙 烯 液 已 窜 至 密 封 腔 ,并 进 入 密 封油 罐 和 油 杯 中 ,泵 体 振 动 加 大 ,最 后 丙 烯 大 量 泄 漏 ,导 致 密 封 油 罐 压 力 过 高 而 停 车 。 对 高 速 泵 进 行 解 体检 查 后 发 现 ,机 械 密 封 60B 静 环 密 封 端 面 已 破 损

8、,动 环 端 面 上 粘 有 一 圈 黑 色 石 墨 粉 ,60A 磨 损 比 较 严重 ,60C 仅 有 轻 微 磨 痕 。2. 1 机 械 密 封 端 面 比 压 核 算机 械 密 封 的 技 术 参 数 如 表 2 所 示 。表 2 机 械 密 封 的 技 术 参 数项 目 60A 60B 60C外 径 D1 mm 34 38 42外 径 D2 mm 39 46 45平 衡 直 径 D3 mm 36. 05 40. 24 41. 2密 封 腔 压 力 P1 MPa 0. 4 0. 4 0. 4密 封 外 侧 压 力 P2 MPa 3 0. 4 0. 4弹 簧 比 压 PmMPa 0. 3

9、5 0. 28 0. 12载 荷 系 数 K1/ K2 0. 58/ 0. 42 0. 71/ 0. 23 0. 81/ 0. 2膜 压 系 数 0. 5 0. 5 0. 514 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.化 工 设 备 与 管 道 第 42 卷根 据 端 面 比 压 的 计 算 公 式 1 ;P = Pm + P1 ( K1 - ) + P2 ( K2 - )计 算 出 :60A、 60B、 60C 的 端 面 比 压 为 0. 58MPa、 0. 3MPa、 0. 12 MP

10、a。 通 常 ,离 心 泵 用 机 械 密 封 的 端 面比 压 值 一 般 在 0. 3 0. 6MPa 之 间 。 从 以 上 核 算 可以 看 出 ,泵 体 侧 机 械 密 封 60A 的 端 面 比 压 值 为 0. 58MPa ,在 该 范 围 之 内 。 实 际 上 ,该 机 封 在 刚 投 用 时 ,是 不 漏 丙 烯 的 ,说 明 其 端 面 比 压 值 是 合 适 的 。 至 于运 转 到 后 期 出 现 泄 漏 ,这 主 要 是 由 于 60B 静 环 端 面损 坏 、 动 环 失 去 平 衡 ,导 致 泵 轴 振 动 ,从 而 加 剧 了60A 的 磨 损 ,造 成 了

11、丙 烯 的 泄 漏 。 增 速 器 侧 机 械 密封 60B 的 端 面 比 压 值 为 0. 3MPa ,其 端 面 比 压 值 有点 偏 小 ,因 此 端 面 比 压 对 介 质 压 力 的 波 动 及 泵 运 行中 振 动 的 敏 感 性 增 强 。 由 于 泵 的 转 速 较 高 ,补 偿 环达 不 到 所 要 求 的 追 随 性 ,因 此 介 质 压 力 波 动 时 易 产生 干 磨 擦 并 导 致 发 生 泄 露 。 增 速 器 输 出 轴 机 械 密 封60C 的 端 面 比 压 为 0. 12MPa ,明 显 太 小 ,这 也 是 其一 直 泄 漏 的 原 因 。2. 2 辅

12、助 密 封 圈 的 影 响介 质 端 的 机 械 密 封 ,其 补 偿 环 下 的 辅 助 密 封 是聚 四 氟 乙 烯 楔 形 圈 。 在 轴 向 力 (弹 簧 力 + 介 质 压 力 )的 作 用 下 ,靠 两 个 刃 边 来 达 到 密 封 ,如 图 1 所 示 。图 1 聚 四 氟 乙 烯 楔 形 圈由 于 介 质 中 的 微 粒 和 静 环 磨 损 的 石 墨 粉 末 的 积聚 ,这 就 导 致 颗 粒 嵌 入 楔 形 圈 挤 压 刃 边 ,使 聚 四 氟 乙烯 楔 形 圈 产 生 塑 性 变 形 ,当 操 作 条 件 变 化 时 (如 压 力波 动 ) ,楔 形 圈 也 将 作 轴

13、 向 微 动 ,使 颗 粒 与 刃 边 相 对移 动 ,由 于 聚 四 氟 乙 烯 回 弹 性 较 差 ,使 刃 边 处 形 成 微缝 ,导 致 沿 辅 助 密 封 圈 的 轴 向 泄 漏 。2. 3 端 面 汽 蚀 的 影 响高 速 泵 的 转 速 高 达 10 ,275r/ min ,端 面 的 相 对滑 动 速 度 较 大 ,摩 擦 热 使 介 质 中 的 轻 组 分 首 先 气 化 ,即 有 大 量 的 气 泡 产 生 ,从 而 造 成 汽 蚀 磨 损 。 磨 损 了的 端 面 摩 擦 热 进 一 步 增 大 ,气 化 加 剧 ,密 封 端 面 很 快磨 损 失 效 ,发 生 泄 漏

14、。3 改 造 方 案3. 1 60A静 环 和 辅 助 密 封 圈 的 改 造60A 摩 擦 副 的 静 环 为 浸 树 脂 石 墨 ,在 介 质 为 轻烃 类 、 高 速 的 情 况 下 ,树 脂 浸 渍 石 墨 材 料 工 作 性 能 较好 。 但 是 石 墨 环 在 工 作 的 过 程 中 ,磨 损 粉 末 如 果 聚集 在 辅 助 密 封 圈 处 ,特 别 是 聚 四 氟 乙 烯 刃 形 密 封 处 ,会 使 密 封 刃 产 生 压 痕 ,甚 至 还 会 阻 碍 补 偿 环 的 补 偿作 用 。 在 改 造 中 ,选 用 了 强 度 高 、 摩 擦 性 能 和 耐 温 性较 好 的 浸

15、 银 石 墨 环 。 保 持 系 统 操 作 的 稳 定 性 。要 保 证 密 封 性 能 ,辅 助 密 封 圈 应 具 有 良 好 的 弹性 。 基 于 以 上 辅 助 密 封 圈 的 失 效 分 析 ,将 辅 助 密 封圈 由 聚 四 氟 乙 烯 楔 形 圈 改 为 氟 橡 胶 O 形 圈 ,同 时 安装 一 个 矩 形 截 面 的 填 充 聚 四 氟 乙 烯 垫 圈 ,垫 圈 的 内径 与 密 封 体 接 触 部 位 紧 密 贴 合 ,防 止 固 体 颗 粒 进 入密 封 圈 封 面 。 另 外 ,由 于 介 质 压 力 较 高 ,该 垫 圈 还 可以 起 到 防 止 橡 胶 圈 被 挤

16、 出 的 作 用 。 此 外 ,O 形 密 封圈 采 用 轴 向 浮 动 安 装 结 构 ,由 于 弹 簧 力 通 过 矩 形 推环 直 接 作 用 在 补 偿 环 上 ,当 补 偿 环 补 偿 移 动 时 ,O 形圈 上 的 移 动 点 有 两 个 。 这 样 做 既 保 证 了 补 偿 环 的 补偿 作 用 ,又 保 证 了 辅 助 O 形 圈 的 密 封 作 用 ,从 而 提高 密 封 的 可 靠 性 。 由 于 橡 胶 密 封 圈 的 磨 擦 力 大 ,也可 以 增 大 补 偿 环 在 非 正 常 操 作 时 的 缓 冲 作 用 ,保 护摩 擦 端 面 。3. 2 60B动 环 改 造

17、增 速 器 侧 机 械 密 封 60B 的 端 面 比 压 值 虽 然 偏小 ,但 是 其 密 封 端 面 两 侧 压 力 为 零 ,泵 转 速 又 很 高 ,因 此 采 用 大 的 端 面 比 压 值 反 而 会 加 剧 其 磨 损 。 因此 ,采 取 了 不 改 变 端 面 比 压 ,只 改 变 动 环 的 材 质 、 结构 ,将 原 来 的 动 环 重 新 设 计 2 。 改 造 前 的 动 环 结 构 如图 2 所 示 。 原 有 动 环 改 为 一 个 由 硬 质 合 金 材 料( YG6)制 成 的 动 环 和 一 个 由 不 锈 钢 材 料 制 成 的 轴 套 ,并 加 大 动

18、环 的 厚 度 。 改 造 后 的 动 环 结 构 如 图 3 所 示 。图 2 改 造 前 动 环 结 构24 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2005 年 第 2 期离 心 泵 流 量 扬 程 性 能 曲 线的 二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 处 理方 清 华(江 汉 大 学 机 电 与 建 筑 学 院 ,武 汉 430056)摘 要 二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 能 很 好 的 拟 合 具 有 抛 物 线 规 律 的 离 心 泵 流 量 2扬 程 性 能

19、 曲 线 ,并 经 残 差 分 析 和 F检 验 证 明 了 模 型 的 有 效 性 。关 键 词 二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 离 心 泵 性 能 曲 线 残 差 分 析 F检 验1 引 言在 离 心 泵 的 选 型 设 计 中 ,通 常 需 要 经 过 大 量 的计 算 比 较 ,才 能 确 定 出 较 符 合 工 艺 需 要 的 机 型 。 为了 减 轻 设 计 人 员 的 负 担 ,近 年 来 普 遍 采 用 了 计 算 机优 化 选 型 的 方 法 ,使 得 这 项 繁 杂 的 工 作 变 得 简 单 而有 效 。 然 而 ,由 于 选 型 过 程 中 所 必 须 用

20、到 的 离 心 泵性 能 曲 线 是 在 实 验 的 基 础 上 得 到 的 , 通 常 以 参 数 形式 或 图 形 形 式 由 离 心 泵 生 产 厂 家 或 有 关 设 计 资 料 提供 给 用 户 ,因 其 没 有 确 定 的 函 数 表 达 式 ,难 以 适 应 计算 机 优 选 的 要 求 。 于 是 ,如 何 选 择 合 适 的 数 学 模 型 ,将 离 心 泵 性 能 曲 线 (性 能 参 数 )转 换 为 计 算 机 的 图 形成 为 计 算 机 选 型 的 一 个 关 键 问 题 。 为 此 ,以 离 心 泵流 量 扬 程 性 能 曲 线 为 例 ,探 讨 了 用 二 阶

21、多 项 式回 归 数 学 模 型 来 模 拟 离 心 泵 性 能 数 据 ,并 且 验 证 了二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 的 有 效 性 。2 二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 模 拟 离 心 泵 性能 数 据 的 计 算二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 的 数 学 表 达 式 是 :y = a0 + a1 x + a2 x2 (1)该 模 型 的 回 归 函 数 是 一 条 抛 物 线 ,但 是 它 存 在外 推 的 风 险 ,如 果 x 不 超 过 外 推 数 据 的 最 大 范 围 ,这 些 回 归 函 数 可 以 对 手 头 数 据 拟 合 得 很

22、好 1 。 基 于上 述 原 理 ,作 者 从 离 心 泵 产 品 目 录 2 中 选 取 了 两 组性 能 参 数 及 其 流 量 效 率 曲 线 ,截 取 其 高 效 区 两 端和 效 率 最 大 时 所 对 应 的 值 ,列 于 表 1 ,作 者 对 这 些 数据 使 用 二 阶 多 项 式 回 归 数 学 模 型 进 行 了 计 算 ,计 算结 果 见 表 2 ,从 表 2 中 可 以 看 出 ,相 关 系 数 分 别 为 R= 0. 9998和 R = 0. 9996 ,标 准 残 量 分 别 为 s = 0. 0542和 s = 0. 1270 ,说 明 二 阶 多 项 式 回 归

23、 数 学 模 型 是 处理 这 两 组 数 据 的 较 佳 模 型 。表 1 离 心 泵 性 能 数 据No. 型 号 样 本 值1 1 12 BL26流 量 Q(L/ s) 1. 6 2. 5 3. 0 3. 25 3. 5 3. 9扬 程 H(m) 20. 3 18. 9 17. 4 16. 6 15. 7 14. 02 3B231 流 量 Q(L/ s) 5. 73 6. 41 6. 89 7. 73 9. 30 9. 75扬 程 H(m) 34. 8 33. 9 33. 1 31. 4 27. 9 26. 4图 3 改 造 后 动 环 结 构3. 3 60C 端 面 比 压 的 调 整

24、对 于 增 速 器 输 出 轴 机 械 密 封 60C ,将 其 弹 簧 丝直 径 由 0. 5mm 改 为 0. 6mm ,经 计 算 其 端 面 比 压 值也 由 0. 12MPa 增 加 为 0. 22MPa ,比 原 来 大 了 一 倍 。虽 然 仍 然 偏 小 ,但 考 虑 到 其 密 封 端 面 两 侧 的 压 力 为零 ,泵 转 速 又 高 达 1 0275r/ min ,也 不 适 宜 用 大 的 端面 比 压 值 3 。经 改 造 后 的 密 封 ,自 2001 年 11 月 投 入 运 行 后运 转 至 今 , 运 转 状 况 良 好 ,累 计 运 行 时 间 超 过 2

25、年 。参 考 文 献1 顾 永 泉 . 流 体 动 密 封 . 中 国 石 化 出 版 社 ,1997/ 62 张 小 玲 . 聚 丙 烯 装 置 丙 烯 进 料 泵 泄 漏 原 因 分 析 . 石 油 化 工 设 备 技术 ,2002. 63 胡 国 桢 . 化 工 密 封 技 术 . 化 学 工 业 出 版 社 ,1999/ 334 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.PROCESS EQUPMEN T & PIPIN G Vol. 42 No. 2 APRIL 2005 ( Tota

26、l No. 227)Coking Factory , Handan Steel PlantHandan , 056015The operation mechanism of W H2800 horizontal single stagestage piston centrifugal machine was introduced in this article.The phenomenon of these faults and the treatment methodswere stated on focus.Keywords : W H2800 centrifugal machine ,

27、system , fault , causeLeakage Cause Analysis and Reform forMechanical Seal Used in High Speed PumpZhuang YongfuTianjing Petrochemical Co.Tianjing , 300271The pump used to transport acryl in ethylene project is GSBtype high speed pump , in which leakage occurs frequently.Through the calculation and t

28、he analysis of the face pressureof the mechanical seal as well as the analysis of the movingring material in the mechanical seal and the structure , the cau2ses of seal failure were found. After the combined reform tothese analytical results was carried out , the good effects haveappeared.Keywords :

29、 high speed pump , mechanical seal , leakage , analy2sis , reformSecond Order polynomial RegressionMathematical Model Treatment ofFlow Capacity2Lift Head Property Curve of Centrifugal PumpFang QinghuaSchool of Electromechanical & Architectural EngineeringJianghan UniversityWuhan , 430056The second o

30、rder polynomial regression model can well coin2cide with the flow capacity2lift head property curve , whichshapes as parabola ,of centrifugal pump. Based on the result ofresidue error analysis and F test ,the validity of this model hasbeen proved.Keywords : second order polynomial regression mathema

31、ticalmodel , centrifugal pump , property curve , residue error analy2sis , F testFinite Element Analysis and Research for Loads Acting onSuction and Discharge Nozzle Flange in Centrifugal PumpPan Chengyun , Zhao Jun , Leng JitongCollege of Mechanical Engineering ,Beijing University of Chemical Techa

32、nologyBeijing , 100029Wen DechaoSinopec Engineering IncorporationBeijing , 100101In this paper , finite element model of a centrifugal pump wereestablished by use of Pro/ E. Then ,with the use of ANSYS ,the calculation for several operating conditions was carriedout. Based on the research of the all

33、owable loads acting on thesuction and discharge nozzle flange supplied in A PI 650 , therelationship between the loads and the correspondent controlvalues and the amplifying time for these control values wereobtained.Keywords : centrifugal pump , loaded at suction and dischargenozzle flange , A PI65

34、0 , finite element , deflection of pumpbodyResearch of Fatigue Crack Grouth Occurredin 316L under High TemperatureWang Ying , Gao Zengliang ,zhang Fang , Sun Weiming , Ye QingProcess Equipment & control Engineering Research InstituteZhejiang University of TechnologyHangzhou, 300014Fatigue crack grow

35、th rates of 316L steel at room temperature、200 、 400 and 550 were tested and analyzed. Throughthe examination of the crack section ,the laws of fatigue crackgrowth at four temperatures were gained. The results showthat the crack growth rates increase with temperature. Oxida2tion has strong effect on

36、 crack growth at higher temperature.Keywords : 316L , high temperature ,crack propagation , oxida2tionManufacture of Methanol Washing Towerby Using SA203 Gr. D( 3. 5 Ni)Li Tao , Lin Lihua , Yu HuiJinzhou Heavy Machinery Co. ,Ltd,Dalian Bingshan GroupDalian , 116100The fabrication process of methanol

37、 washing tower by usingSA203 Gr. D (3. 5Ni) and the core in the manufacture technol2ogy were introduced in this article.Keywords : methanol washing tower , SA203 Gr. D , fabricationprocessWeld Treatment for Defects in Urea Synthesis TowerZhang Junli , Yang YongzhenShanxi Coking Croup Co. ,LtdHongdon

38、g , 041606In this article , the causes of forming faults in urea synthesistower were analyzed. The weld treatment methods formulatedto avoid these faults , which can make the tower operatesmoothly , were introduced.Keywords : urea synthesis tower , corrosion , crack , analysis ,weld treatmentCauses

39、Analysis and Measures for Corrosion Occurredin Cooling Tower Made of D402Wang zhongping , Liu YufengMachinery Factory , Qilu Petrochemical Co.Zibo , 255400Based on the analysis of phenomenon of the corrosion occurredin packing and inner surface in D402 cooling tower ,it was con2cluded that electrode

40、 corrosion is the main cause. Thus ,16MnR + 0Cr18Ni10 Ti composite plate was used when thetower was renewed ,which has been proved appropriate in ma2terial selection.Keywords : D402 cooling tower , corrosion , electrode corro2sion , material selectionUse of Auto LISP Program to Meterial Layoutand Lo

41、fting for Conical ShellHu DemingHua Yan machinery Manufacture CompanyYingcheng , 432404Through the analysis of material layout and lofting process forconical shell , the relevant equations were derived. Based onthese equations ,several AutoL ISP programs were developed tocalculate the parameters and

42、 draw the material layout and loft2ing plots. Moreover , an additional program was designed totreat the specific problems met in material layout process.Keywords : AutoL ISP program ,conical shell , material layoutand loftingApplication Practice of Vulcanization Hot Sticking MethodUsed in Repair of

43、0 # Belt and Analysis ofApplication Prospect of Cold Sticking MethodZhang ZongtangLuoyang Petrochemical Company ,SINOPECLuoyang , 471012On the basis of analyzing the operating process of vulcaniza2tion hot sticking method , it is indicated that this method iscomplicated and it may take long time to

44、complete sticking ,sothe method is unsuitable to the situation for repairing 0 #belt. Because cold sticking method has the advantages in therespects mentioned above ,it has good prospect in the applica2tion of repairing 0 # belt.Keywords : vulcanization hot sticking mehtod , belt , applica2tion , cold sticking method , prospect4 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.