文章主要介紹了洛陽金達石化有限責(zé)任公司特種油品廠的核心設(shè)備加氫進料往復(fù)泵填料箱的基本結(jié)構(gòu)，從運行工況、安裝方法、填料材質(zhì)以及柱塞材質(zhì)的選取等方面分析了填料泄漏的原因，并逐一提出改進措施，使加氫進料泵的運行周期得到大幅度的提高。

　　洛陽金達石化特種油品廠的加氫進料泵為高壓往復(fù)泵，共3臺。其中兩臺型號均為為：3D5-10/16.0-IA，流量為10m3/h，出口壓力為16MPa，柱塞填料材質(zhì)為芳綸纖維，柱塞材質(zhì)為45號鋼。2010年3、4月份填料處共發(fā)生嚴重泄漏10余次，其中4月份13日、16日、17日、18日更是連續(xù)泄漏，嚴重影響了裝置的正常生產(chǎn)。因此，如何降低加氫進料泵填料的泄漏量，對于裝置的安全生產(chǎn)和節(jié)能減排有著十分重要的意義。

1、高壓往復(fù)泵密封的機理

　　密封的目的在于，對一處有可能發(fā)生泄漏而要對其施以密封的地方，設(shè)置一個完善的物理壁壘。欲達到此目的，密封件需有足夠的彈性，以能夠流入和填滿密封面上的任一凹凸不之處，同時還要保持足夠的剛性，以防止在系統(tǒng)滿載密封壓力下擠入表面間的縫隙中。這兩項要求須長時間得到滿足。所有彈性環(huán)行密封件都需要密封材料在裝配狀態(tài)下與配合件有過盈配合。因此，不管密封的結(jié)構(gòu)形式如何，在密封觸點與配合面之間都會產(chǎn)生一種載荷。這種界面載荷的大小，取決于組裝密封件時的過盈量或造成的壓縮量以及材料的彈性模量。對于動密封件來說，為求得使密封組件運動的動力載荷，須以摩擦系數(shù)去乘密封件的載荷，這種載荷實質(zhì)上是一種功率損失。

　　在采用一個壓縮型密封件的情況下，較大的預(yù)加載荷和較大的摩擦力是不可避免的。通過選用適當(dāng)?shù)奶盍匣蛎芊獠牧�，可以將摩擦力減小到一定程度，在采用填料的情況下，也可以通過擠緊壓蓋的辦法來調(diào)整摩擦力的大小，以求得到一個與許用密封性和允許泄漏量相適應(yīng)的最小壓縮。再者，為了補償填料表面可能產(chǎn)生的磨損，壓蓋的壓緊狀況需要定期加以調(diào)整。這對大多數(shù)形式的壓蓋填料密封來說是一項常規(guī)要求。

2、填料箱的結(jié)構(gòu)

圖1 填料箱結(jié)構(gòu)圖

1.柱塞;2.填料螺母;3.填料箱;4.柱塞襯套;5.填料

3、填料泄漏的原因分析及改進措施

　　3.1、安裝過程對填料泄漏的影響及改進措施

　　3.1.1、安裝過程對填料泄漏的影響

　　填料如果安裝的不正確，其使用壽命將會縮短15%～20%。填料的安裝應(yīng)按照下述步驟進行：

　　①將內(nèi)表面已被磨損的填料環(huán)卸除，清洗填料壓蓋內(nèi)表面，注意防止劃傷壓蓋內(nèi)表面;

　�、谔盍檄h(huán)切口及外表面應(yīng)涂抹薄層潤滑脂，襯套及壓蓋內(nèi)表面也圖上潤滑脂。把每個填料放入正確位置。注意填料密封內(nèi)表面和側(cè)面應(yīng)光滑平整，也不可用螺絲刀捅入的方法裝密封，這種方法會損壞密封面，或造成密封面彎曲插入;

　�、厶盍檄h(huán)的切口塞填時應(yīng)互為180°或120°;

　�、茉谇耙粋�填料未放入正確位置之前，不可放入第二個。

　�、萏盍下菽傅穆菁y嚙合應(yīng)保證5牙以上，若嚙合牙數(shù)過少，將損壞螺紋絲牙。為避免此種故障發(fā)生，可采用減少填料環(huán)的方法實現(xiàn);

　　⑥用潤滑油涂抹柱塞表面，并把柱塞插入填料箱，用手將填料壓蓋壓入填料箱內(nèi)，防止因偏斜被填料箱口部掛牢。然后用手將填料螺母擰緊，再用工具輕量地將填料壓緊。

　　柱塞襯套和柱塞以及和填料箱內(nèi)表面屬公差配合，同時柱塞襯套除了起到導(dǎo)向作用為，還起到密封減壓作用。柱塞襯套(亦稱導(dǎo)向環(huán))和柱塞之間以及填料箱之間的間隙配合不好，將會造成柱塞和柱塞襯套之間干磨，導(dǎo)致填料箱溫度升高，嚴重的會拉傷柱塞表面，造成泄漏。2010年5月4日，因為填料漏量增大在對加氫進料泵進行檢修時，發(fā)現(xiàn)柱塞的表面有明顯的軸向傷痕，而柱塞襯套的內(nèi)上表面有明顯的摩擦痕跡，說明柱塞襯套和柱塞發(fā)生了摩擦。

　　經(jīng)過現(xiàn)場實際測量，柱塞襯套和柱塞之間的單端面間隙為0.16mm，柱塞襯套和填料箱之間的單端面間隙為0.30mm，說明柱塞襯套完全落在填料箱表面上之前，柱塞襯套和柱塞發(fā)生了嚴重的摩擦，而后造成了柱塞表面的傷痕，導(dǎo)致填料端的泄漏。如圖2所示。

圖2 柱塞襯套改造前后間隙對比圖

　　因為柱塞襯套和填料箱內(nèi)表面的公差間隙太大，經(jīng)過長時間運行后填料逐漸磨損，柱塞襯套和填料之間的間隙逐漸增大，柱塞襯套在重力的作用下下移，造成柱塞襯套和柱塞干磨，損傷柱塞。間隙太小會帶來安裝不便。柱塞襯套內(nèi)表面和柱塞之間的公差間隙太大，會造成柱塞襯套起不到密封作用，一般最大不能超過0.5mm;間隙太小，會造成柱塞襯套和柱塞干磨，損壞柱塞。

　　3.1.2、改進措施

　　為此，經(jīng)過重新加工將柱塞襯套和填料箱內(nèi)表面的公差間隙調(diào)為0.08mm，將柱塞襯套內(nèi)表面和柱塞之間的配合間隙改為0.20mm，改進經(jīng)過觀察柱塞和填料襯套再也沒有干磨現(xiàn)象的發(fā)生，泄漏量和泄漏率大大降低。

　　3.2、柱塞材質(zhì)對填料泄漏的影響及改進措施

　　3.2.1、柱塞材質(zhì)對填料泄漏的影響

　　柱塞材質(zhì)對填料泄漏有很大的影響，在高壓條件下，柱塞做往復(fù)運動，柱塞表面上要承受很大的負荷，而這些負荷又轉(zhuǎn)化為摩擦力時刻對柱塞產(chǎn)生磨損，所以柱塞必須具有高硬度、高強度的特點，才能滿足柱塞苛刻的工作條件。而我廠往復(fù)泵所用柱塞材質(zhì)是45號鋼，表面沒有經(jīng)過特殊處理，2010年5月在對泵體填料函進行解體時發(fā)現(xiàn)，柱塞表面上出現(xiàn)了數(shù)不清的溝槽，已經(jīng)嚴重磨損，從而導(dǎo)致了泄漏的發(fā)生。

　　3.2.2、改進措施

　　鑒于這種情況組織了加工廠家對柱塞表面進行了處理，主要利用一種新型的表面噴涂技術(shù)即超音速火焰噴涂(HVOF)技術(shù)在柱塞表面上涂了一層金屬氧化物陶瓷。該技術(shù)是通過超音速火焰，將粉末狀的陶瓷材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并加速形成高速熔滴，噴向基體材料，形成涂層，從而對材料表面性能(耐磨性、耐蝕性、耐熱性等)進行強化或再生，起到保護作用，并對因磨損腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進行修復(fù)。表1是經(jīng)過表面處理的柱塞和沒經(jīng)過表面處理的45號鋼柱塞的性能比較。

表1 柱塞表面處理前后參數(shù)對比

　　綜上分析，改造后，利用在金屬表面涂覆陶瓷涂層的方法制備的材料，既保證了金屬的強度和韌性，又具備陶瓷耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的特性。經(jīng)使用后兩個月的觀察，新改造的柱塞再也沒有柱塞表面磨損嚴重的現(xiàn)象發(fā)生。經(jīng)研究證實，經(jīng)過這種表面處理的陶瓷柱塞的壽命是沒有經(jīng)過表面處理的45號柱塞壽命的5倍。實際上這種表面處理的手段用極少量的材料起到大量、昂貴的整體材料難以起到的作用，同時又極大地降低產(chǎn)品的加工成本，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命、節(jié)約資源和能源的目的。

　　3.3、填料材質(zhì)對填料泄漏的影響及改進措施

　　3.3.1、填料材質(zhì)對填料泄漏的影響

　　該高壓往復(fù)泵柱塞所用填料材質(zhì)原來是芳綸纖維，該填料在實際生產(chǎn)當(dāng)中基本能保證往復(fù)泵柱塞密封的使用要求，但缺點是使用4～6個月后填料變硬，摩擦系數(shù)變大，并對柱塞造成一定程度的磨損，最后導(dǎo)致密封失效，所以頻繁更換填料，也增加了維修成本。

　　3.3.2、改進措施

　　根據(jù)這種情況，經(jīng)過反復(fù)篩選，選用了美國戈爾公司生產(chǎn)的GFO盤根。該盤根在pH值0～14的環(huán)境中不與任何物質(zhì)反應(yīng)。其溫度適用范圍是-240～280℃，適用于各種類型的泵。它是在膨體聚四氟乙烯中加入抗腐蝕性的潤滑劑，具有優(yōu)良的抗拉強度和潤滑性能，摩擦系數(shù)大大減小，采用這種填料后，同等工況下該高壓往復(fù)泵的運行電流減小了5A，大大降低了能耗。受壓后，這種材料具有一定的填充性能，能自動填補不規(guī)則處，因此采用這種材料進行密封就避免了昂貴的維修和繁瑣的更換工作。通常情況下，一根新的柱塞，采用GFO盤根柱塞的更換時間為4～5年，這樣就大大提高了設(shè)備的運行壽命。

　　3.4、運行維護對填料泄漏的影響及改進措施

　　3.4.1、運行維護對填料泄漏的影響

　　在實際運行當(dāng)中，填料會隨著時間的延長逐漸磨損，其后果將造成填料與柱塞、填料與填料、填料與填料箱之間的間隙變大，造成柱塞泄漏量增大，嚴重的會導(dǎo)致填料變形甚至失效。

　　3.4.2、改進措施

　　在日常維護當(dāng)中應(yīng)定期檢查填料箱壓蓋的松緊和柱塞泄漏量的大小。若填料壓蓋過松，泄漏量增大，應(yīng)及時緊固填料壓蓋，保證泄漏量在正常范圍之內(nèi)。但填料壓蓋又不能太緊，因為太緊反而會增大填料的磨損，降低的填料的壽命。在壓緊填料壓蓋時，應(yīng)分數(shù)次逐步壓緊，切勿使用突然的力量壓緊填料。

4、結(jié)論

　　(1)填料箱的安裝方法對填料泄漏起著十分重要的作用，安裝方法不當(dāng)，填料的泄漏就不可避免。另外填料箱里柱塞襯套和柱塞以及填料箱的配合公差也不容忽視，因柱塞襯套還起著降壓節(jié)流的作用，配合間隙太大，降壓效果不明顯，就容易造成填料泄漏，配合間隙太小，容易造成安裝困難。

　　(2)填料材質(zhì)對填料泄漏起著決定作用，選擇合適材質(zhì)的填料，不但能減少泄漏，還能延長材料壽命，降低設(shè)備維護費用。

　　(3)柱塞的材質(zhì)對填料的泄漏也占有一定的作用，選用合適材質(zhì)的柱塞可以在降低泄漏率的同時還能大大降低設(shè)備維修率。

　　(4)運行維護時需要定期對填料箱進行緊固，這樣可以避免不必要的泄漏，大大降低泄漏率。

　　針對特油裝置加氫進料泵連續(xù)泄漏，我廠采取針對性的措施，大大降低了填料箱的泄漏量，另外也延長了設(shè)備的檢修周期，確保了安全生產(chǎn)，同時也實現(xiàn)了節(jié)能減排，對我廠設(shè)備的平穩(wěn)運行起到了十分重要的作用。