泵填料密封改造机械密封探析

摘  要:本文针对机械密封与软填料密封做比较，分析了呼和浩特旭阳中燃一期两台循环水泵填料机封改造机械密封后运行效果，为满足安全生产及环保要求，主要介绍填料密封改造机械密封必要性，对后期剩余9台清水泵机封改造提出了技术改造思路，对二期21台清水泵选型进行了指导论证。

关键词: 改造：迷宫效应；轴承效应；端面密封；

一、改造的背景

呼和浩特旭阳中燃能源有限公司一期是拥有2座72孔TJL4350D型焦炉年产90万吨/年的焦化系统，和利用焦化装置副产的焦炉煤气年产10万吨/年的甲醇系统，主要生产装置包括：初冷器、电捕、鼓风机、饱和器、终冷洗脱苯、脱硫、气柜、焦炉气压缩、精脱硫、转化、合成气压缩、甲醇合成、甲醇精馏、甲醇 罐区、装卸站、空分。化产循环水泵房内共计11台盘根密封泵，该系统由循环水泵供给初冷器、鼓风机、终冷器、焦炉气压缩、空分等冷却设备。

可以看出，循环水泵是整个公司贯穿焦化甲醇装置十分重要的设备。改造前，我车间循环水泵在使用过程中出现如下问题：

首先，循环水泵密封处频繁漏水，泵使用周期较短，频繁检修倒泵严重影响其他装置用水从而影响正常生产；其次，频繁倒泵检修导致维修人员及维修成本增加。 

二、重点要解决的问题

水泵房内共计11台水泵，均为上海东方盘根机械密封的离心泵，填料的密封原理主要取决于迷宫效应和轴承效应。 迷宫效应：轴在微观下表面非常的不平整，与盘根只能部分贴合，而部分未接触，所以在盘根和轴之间着微小的间隙，像迷宫一样，带压介质在间隙中多次被节流，从而达到密封的作用。 轴承效应：在盘根填料和轴之间会存在着一层薄薄液膜，使盘根填料和轴类似于滑动轴承，起到了一定的润滑作用，从而避免了盘根和轴的过度磨损。

填料装入填料腔以后，经压盖螺丝对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，盘根填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损 。

为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。

攻关目标：彻底解决机封泄露导致泵频繁倒机检修而减少停车带来的损失。

三、改造项目的技术方案和实施过程

经过对机械密封与软填料密封比较：①机械密封可靠，在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；②机械密封使用寿命长，在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介质中机械密封通常也能达半年以上； ③摩擦功率消耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；④轴或轴套基本上不受磨损；⑤维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；⑥抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；⑦适用范围广，机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。

2021年6月30日、8月8日分别组织安排对3#5#两台循环水泵盘根机封改造为机械密封，改造后两台循环水泵运行至今8个月未出现一次机封滴水倒泵操作，整个项目改造总投资2.6万元。

机械密封又称端面密封，主要由动环(随轴一起旋转并能做轴向移动)、静环、压紧元件(弹簧)和密封元件(动环密封圈、静环密封圈)等组成。机械密封原理是动环借密封腔中液体的压力和压紧元件的压力，使其端面贴合在静环的端面上，并在两环端面上产生适当的比压(单位面积上的压紧力和保持- 层极薄的液体膜而达到密封的目的。而机械密封动环和轴之间的间隙由动环密封圈密封，机械密封静环和机械密封压盖之间的间隙由静环密封圈密封。由此构成的三道密封封堵了密封腔中液体向外泄露的全部可能途径。机械密封密封元件除了密封作用以外，还与作为压紧元件的弹簧. 道起到了缓冲补偿作用。

四、产生的经济效益

 改造前，车间平均每月倒机更换盘根2次，更换进口轴承2盘，更换轴套2个，按目前市场价2300元/盘轴承×2盘×8个月=36800元，750元/个轴套×2个×8月=12000元。合计36800+12000=48800元。杜绝了因循环水流量波动导致甲醇装置停车风险次数，因此，带来的经济效益是十分巨大的。

五、结论

填料密封是通过填料压盖压紧填料，使填料发生变形，并和轴的外圆表面接触，防止液体外流和空气吸入泵内。填料密封的密封性可用调节填料压盖的松紧度加以控制。合理的松紧度应该使液体从填料函中滴状漏出，每分钟控制在15到20滴左右。低压离心泵输送温度小于40℃时，常用石墨填料或黄油渗透的棉织填料；输送温度小于250℃、压力小于1·8MPa的液体时，用石墨浸透的石棉填料；输送温度小于400℃、允许工作压力为2.5MPa的石油产品时，用金属箔包石棉心子填料。

 机械密封依靠静环与动环的端面相互贴合，并作相对转动而构成的密封装置，称为机械密封，又称端面密封。机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封较填料密封的使用情况的优势以上已作说明，对于循环水泵A类清水泵机封更适合机械密封选型。后期旭阳中燃一期剩余9台清水泵机封改造是很有必要的，二期300万吨/年焦化清水泵选型机械密封也是做为首选的。

参考文献:

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