熱油泵新型機(jī)械密封技術(shù)介紹
目前,國(guó)內(nèi)外煉油行業(yè)熱油泵普遍采用接觸式波紋管單端面機(jī)械密封。國(guó)產(chǎn)波紋管機(jī)械密封的使用壽命平均 1 a左右,進(jìn)口波紋管機(jī)械密封可達(dá) 2 a以上,且必須采用各種沖洗和冷卻等措施,以降低摩擦溫升,防止結(jié)焦、熱裂、波紋管失彈、波紋管斷裂、泵抽空、密封件老化等而導(dǎo)致的密封失效。為此,必然消耗大量的沖洗油和冷卻水,造成運(yùn)行費(fèi)用高 （初步估計(jì),1臺(tái)熱油泵年沖洗冷卻所需運(yùn)行費(fèi)用超過(guò) 10萬(wàn)元）,能耗量大,而且密封可靠性差,安全性低,維修成本高。
1、普通波紋管機(jī)械密封失效形式目前采用的波紋管機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng)造成密封失效形式主要有以下幾種。
（1）波紋管失彈或斷裂引起的密封失效。波紋管在使用過(guò)程中,其剛度或彈性會(huì)慢慢減小,這種彈性減小的現(xiàn)象通常稱之為失彈。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明,當(dāng)波紋管的失彈量超過(guò)設(shè)計(jì)初始?jí)嚎s量的 18%～20%時(shí),整個(gè)波紋管機(jī)械密封就會(huì)發(fā)生泄漏。金屬波紋管機(jī)封在溫度低于 200℃時(shí)失彈現(xiàn)象不明顯,但在高溫 （超過(guò) 300 ℃）下使用,開車后泵很快就發(fā)生泄漏,將使用的機(jī)封拆下測(cè)量發(fā)現(xiàn)金屬波紋管組件高度較安裝前平均降低 2～3mm。波紋管失彈主要由于*變形或應(yīng)力松弛,還有一種情況是工作介質(zhì)結(jié)晶沉淀或凝固在波紋管的縫隙中,使波紋管變形能力減小或喪失變形能力。因此,高溫和載荷是造成波紋管失彈的主要原因。另外,在高溫及波紋管壓縮量或接觸比壓較大的情況下,波紋管會(huì)發(fā)生斷裂;溫度越高,載荷越大,波紋管發(fā)生斷裂的概率就越高。
（2）配對(duì)摩擦副中石墨環(huán)的過(guò)度磨損引起的密封失效。通常,將失效的機(jī)封拆下檢查發(fā)現(xiàn)石墨密封環(huán)磨損嚴(yán)重。通過(guò)分析和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),金屬波紋管機(jī)封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響,而有效直徑是隨壓力的變化而改變。由于壓力過(guò)大,導(dǎo)致摩擦副摩擦嚴(yán)重,石墨環(huán)過(guò)度磨損引起泄漏。
（3）配對(duì)摩擦副中硬質(zhì)合金環(huán)的表面熱裂引起的密封失效。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),密封摩擦副的硬質(zhì)合金環(huán)出現(xiàn)由硬面中心向外發(fā)散的許多粗細(xì)不一的徑向裂紋,這是熱裂導(dǎo)致的密封失效。熱裂產(chǎn)生的主要原因是過(guò)高的局部熱應(yīng)力,其中硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座兩種材料的線膨脹系數(shù)差別,采用堆焊結(jié)構(gòu)還是整體結(jié)構(gòu),密封冷卻沖洗系統(tǒng)中沖洗液的類型、沖洗方式和流量的大小是否合適都可能引起密封端面的熱裂。
2、熱油泵密封存在的主要問(wèn)題
（1）采用現(xiàn)有的機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng),在高溫油泵的運(yùn)行過(guò)程中,變工況操作時(shí)有發(fā)生。泵抽空、誤操作、人為流量調(diào)節(jié)等都使機(jī)械密封處于變工況條件下。當(dāng)密封介質(zhì)的壓力產(chǎn)生劇烈波動(dòng)時(shí),可引起摩擦副的相互沖擊,造成端面損傷,從而影響密封效果;如果密封腔操作壓力波動(dòng)并瞬間成負(fù)壓,波紋管收縮而不能及時(shí)恢復(fù),動(dòng)、靜摩擦副間形成的油膜密封被破壞而造成突發(fā)性泄漏失效。
（2）工作介質(zhì)溫度很高, 再加上密封摩擦副端面的摩擦熱, 一旦沖洗系統(tǒng)發(fā)生故障, 使得端面溫度急劇升高, 造成端面液膜汽化導(dǎo)致干摩擦, 短時(shí)間內(nèi)可使密封失效; 其次, 高溫還可使石墨環(huán)性能下降, 嚴(yán)重時(shí)可將浸漬劑熔化; 再次, 當(dāng)動(dòng)靜環(huán)材料取碳化鎢和石墨配對(duì)時(shí), 高溫還可使石墨環(huán) （靜環(huán)）表面產(chǎn)生環(huán)狀溝紋, 碳化鎢 （動(dòng)環(huán)）也易脫落; zui后, 高溫下摩擦副熱變形較大, 使端面摩擦狀態(tài)發(fā)生變化, 導(dǎo)致密封系統(tǒng)提前失效。
（3）運(yùn)行費(fèi)用高、能耗量大。
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