我公司的低溫泵為單級懸臂式離心泵。該泵是乙炔塔回流泵，工作介質(zhì)是乙烯，其作用是在前續(xù)流程中控制塔頂不含C3組分，由于工作溫度為-54℃，因此該泵簡稱為乙烯低溫泵。該泵尤其在冬季就會出現(xiàn)嚴(yán)重的機械密封泄漏問題，造成機泵檢修頻次高，運行時間短，對生產(chǎn)造成了極大影響。因此必須全面分析引起機械密封泄漏的各種原因，提出切實可行的措施。為此，從理論分析著手，尋找這類故障的原因，從而采取相應(yīng)措施，以期徹底消除事故隱。

一、密封系統(tǒng)失效原因分析

圖1 機械密封示意圖

(一)摩擦副端面工況分析

　　輕烴泵的單端面接觸式機械密封，在其密封端面之間并不存在一個完整的液膜。密封端面之間產(chǎn)生的大量摩擦熱就會導(dǎo)致密封面溫度升高，從而促使端面間液膜汽化，而使液體變成蒸氣而發(fā)生相變。此外，由于輕烴介質(zhì)的飽和蒸氣壓高于一個大氣壓，輕烴介質(zhì)流經(jīng)密封端面間隙時產(chǎn)生壓力降低，必然在某一位置上發(fā)生汽化(相變)。從而按端面流體膜相態(tài)可分為液相密封、氣相密封以及氣液相混合密封(圖2)。通常在不同的流體膜狀態(tài)下，密封裝置的工作特征有很大區(qū)別。

　　液相密封密封端面之間充滿一層完整的液膜，見圖2((A)，泄漏可能以液體或氣體形式出現(xiàn)。其特點是膜壓系數(shù)為一定值，工作狀態(tài)穩(wěn)定，摩擦因數(shù)小，泄漏量也小。氣液混相密封密封端面之間充滿一層由液體和蒸氣形成的混合膜，見圖2(B)，泄漏以氣相形式出現(xiàn)。其特點是膜壓系數(shù)隨溫度不同而變化，工作狀態(tài)不穩(wěn)定，易出現(xiàn)明顯的氣噴振動、端面鳴叫等現(xiàn)象，密封端面摩擦磨損嚴(yán)重，極易出現(xiàn)早期失效。因此，其使用周期較短。當(dāng)密封端面溫升過高使端面液膜完全汽化或當(dāng)工藝操作條件波動使密封腔內(nèi)介質(zhì)都已汽化(即密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力小于該溫度下的汽化壓力)時，端面間為全氣膜狀態(tài)，見圖2(C)該氣膜雖為穩(wěn)定氣膜，但密封端面處于干摩擦接觸狀態(tài)，會產(chǎn)生大量的摩擦熱，使端面溫度急劇升高。如果不采取較強的沖洗冷卻等調(diào)溫措施或立即穩(wěn)定工藝操作，密封面將嚴(yán)重?zé)齻�，密封合金環(huán)端面可因熱裂而失效。

圖2 液膜狀態(tài)圖

(二)密封圈功能的失效

　　舊的機械密封的介質(zhì)機封使用的是密封圈材質(zhì)為硅橡膠、輔助密封為丁腈橡膠，由于主密封密封圈的硅橡膠不適合介質(zhì)(C3～C10)組分，容易造成的溶脹腐蝕，因此造成主密封失效；而輔助密封密封圈用的是丁腈橡膠，其溫度適用范圍為-30℃～120℃，但是受密封介質(zhì)成分復(fù)雜及工藝波動等原因，工作溫度有時一般會低于-30℃，最低可達(dá)-52℃度，此時當(dāng)主密封有微量泄漏時，所泄漏的介質(zhì)進(jìn)入甲醇腔，由于進(jìn)入的介質(zhì)溫度低于丁腈橡膠所能承受的最低溫度，從而造成輔助密封圈失效。

(三)低溫輕烴泵抽空造成的失效

　　1．正壓抽空。正壓抽空是指泵腔內(nèi)的介質(zhì)工作壓力壓力高于一個大氣壓，但密封箱內(nèi)介質(zhì)壓力或密封端面流體膜壓力低于輸送溫度下介質(zhì)的飽和蒸氣壓，使介質(zhì)在密封箱內(nèi)或密封端面之間發(fā)生汽化的現(xiàn)象。輕烴泵的來料流量及壓力的波動會引起正壓抽空，此時輕烴泵用機械密封處于不穩(wěn)定的氣液混相摩擦狀態(tài)或氣相干摩擦狀態(tài)，密封裝置發(fā)生故障的概率大為增加。其失效形式表現(xiàn)為密封環(huán)因端面干摩擦磨損劇烈而嚴(yán)重?zé)龘p、密封面產(chǎn)生鳴叫、間歇式氣噴振動、硬質(zhì)合金環(huán)端面產(chǎn)生熱裂以及輔助密封圈熱脹龜裂等。

　　2．負(fù)壓抽空。生產(chǎn)中有時會出現(xiàn)瞬時負(fù)壓抽空，泵不能輸送液體介質(zhì)，此時密封腔內(nèi)介質(zhì)壓力低于大氣壓力，作用在動環(huán)背面的閉合力(由彈簧壓力和介質(zhì)壓力組成)小于作用在密封端面的開啟力(由端面接觸壓力和流體膜壓力組成)，動環(huán)將向左產(chǎn)生軸向移動，與靜環(huán)迅速脫開，由于此時兩端面間已是負(fù)壓，靜環(huán)在其背部大氣壓力的作用下可能與防轉(zhuǎn)銷脫開，并在其與動環(huán)間瞬間摩擦力的帶動下旋轉(zhuǎn)一定角度，使得整個密封裝置不能復(fù)位而失效。產(chǎn)生端面分離后，當(dāng)壓力恢復(fù)正常時除了會產(chǎn)生瞬間異常泄漏外，動環(huán)或補償環(huán)可能會因輔助密封圈與軸(套)卡住而無法復(fù)位閉合或動環(huán)復(fù)位與靜環(huán)接觸不良產(chǎn)生端面偏磨引起密封失效。應(yīng)當(dāng)指出，若靜環(huán)背部有冷卻水時或采用雙端面密封有封液時，負(fù)壓抽空一開始便會有冷卻水(或封液)進(jìn)到環(huán)端面縫隙中，在端面高溫下將產(chǎn)生汽化閃蒸，加劇補償環(huán)的脫開。綜上所述，工藝系統(tǒng)的操作不穩(wěn)定是造成輕烴泵機械密封抽空失效的主要原因。

二、使用干氣密封后解決的問題

　　當(dāng)動密封按下圖所示的轉(zhuǎn)動方向轉(zhuǎn)動，氣體沿螺旋槽向內(nèi)運行的槽根部，但動靜環(huán)內(nèi)側(cè)環(huán)面在高速旋轉(zhuǎn)下，形成密封面，則氣體形成阻力，從而使動靜環(huán)間壓力升高，將兩環(huán)面分離，產(chǎn)生一定間隙形成氣膜。當(dāng)密封力(簡稱閉力)與氣膜的壓力(簡稱開力)相等時，則動靜環(huán)密封面間形成0.0025～0.005m m 的恒定狀態(tài)的間隙。

圖3 干氣密封端面示意圖