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引進的氯乙烯單體進料泵失效分析及改造

　　1 失效情況及原因分析

　　1.1 失效情況概述

　　1.1.1 平衡裝置失效情況本泵采用兼有平衡盤與平衡鼓的聯(lián)合平衡裝置。泵的平衡盤、衡鼓與平衡套因運轉中摩擦產生的高溫使表層金屬熔化并粘結在一起。還引起止推端軸承損壞， 葉輪與泵體口環(huán)咬死。

　　1.1.2 機械密封失效情況

　　泵的機械密封使用周期短。解體檢查發(fā)現(xiàn)密封腔體內有大量顆粒介質，在彈簧處也堵塞有大量顆粒介質，動環(huán)失去浮動補償功能，鑲裝SiC動環(huán)裂斷、脫環(huán)，石墨靜環(huán)表面嚴重刮傷、崩邊、或碎斷，輔助密封圈變形、失去彈性、甚至碳化，機械密封件嚴重損壞。

　　1.2 原因分析

　　1.2.1 進料泵密封失效原因分析通過對運行系統(tǒng)、封液系統(tǒng)以及失效現(xiàn)狀等情況的綜合分析，確定了機械密封早期失效的原因如下：

　　介質顆粒堵塞導致機封早期失效。主機泵的輸送介質是氯乙烯單體，由于氯乙烯單體在流程中一定條件下會有小部分聚合成糊狀的聚氯乙烯(即糊樹脂)，其顆粒大小為釓左右，質軟、易粘附在管道壁上或沉積、堵塞在機械密封件的縫隙中，使動環(huán)不能浮動、彈簧失彈、有時還會進入摩擦副間。該主機泵是頻繁起動的設備，在起動時，樹脂顆粒更容易進入動靜摩擦端面，墊在摩擦副間，使得端面泄漏增加，導致機封失效。封液的泄漏使機械密封失效。由于該泵的封液系統(tǒng)所配阻封液罐的容積太小，若密封的工況不正常，其中的阻封液很容易在短時間內用完(主要是內漏到泵腔中)，靠近大氣側的機械密封干運轉，摩擦副溫度急驟升高，使得鑲裝動環(huán)容易發(fā)生熱變形、摩擦副燒損，甚至產生脫環(huán)現(xiàn)象，導致動環(huán)損壞(嚴重時裂斷)，靜環(huán)表面也嚴重燒傷，輔助密封圈高溫碳化，而靠近泵腔的機械密封的工作條件進一步惡化，最終導致整個軸封失效。泵系統(tǒng)偶爾出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，會導致機封工況突然變化，使密封端面產生顫振，密封面瞬間的張開可能進入樹脂顆粒。泵抽空嚴重時會使靜環(huán)脫位，壓力恢復時沒有正常復位，靜環(huán)卡在防轉銷上或偏斜，密封很快失效。密封很快失效。

　　1.2.2 平衡裝置失效原因分析

　　平衡力是由液體流經平衡裝置的徑向或軸向間隙產生的壓力降形成的。易汽化的介質流經平衡盤和平衡鼓徑向或軸向間隙時產生阻力損失、壓力下降。平衡盤和平衡鼓在很小的空間內高速旋轉會產生大量的熱量。對易汽化介質而言，無論是壓力下降還是吸收熱量，都可能會導致平衡腔和平衡管內的介質汽化，其結果會導致平衡盤和平衡板干磨而損壞。另一方面，平衡力是由壓差和受力面積決定，而介質的汽化會改變原先精心設計計算而得到的壓差，其結果必然是平衡機構的失效。平衡力依賴液體流經的徑向或軸向間隙產生，而間隙大小一旦改變，無論是變大還是變小，都會使平衡機構失效。在輸送含固體顆粒的介質時，磨蝕是平衡機構失效的主要原因。相反，在輸送易結晶介質時，如本課題，機泵所輸送的氯乙烯(VCM)單體易聚合成糊狀的聚氯乙烯粘附在管道壁上或沉積、堵塞在過流部件上，平衡機構間隙、平衡管內徑變小，從而使平衡機構失效。在平衡機構失效后，軸向力幾乎完全由止推軸承來承受，過大的軸向力使軸承的壽命變短損壞。進而使轉子產生過量的徑向跳，轉子一旦跳，就會使平衡鼓與平衡套、葉輪與口環(huán)發(fā)生摩擦，導致咬死。

　　2 改造方案與實施

　　2.1 整體結構的改造

　　2.1.1 平衡裝置的改造

　　改為采用葉輪對稱布置的方式平衡軸向力。此方法并不要求增加零件，只是葉輪結構及安裝方式的改變。省去了平衡盤、平衡鼓和平衡管，避免了因汽化、氯乙烯顆粒自聚所造成的平衡失效，提高了運行可靠性，降低了平衡機構造成的容積損失。

　　2.1.2 支撐方式的改造由兩端支撐結構改為懸臂式結構。把進口設在靠近軸承端，經過反向葉輪的增壓，通過連通管輸送至正葉輪，再由正葉輪的增壓輸送至出口，通過此方法便省去了靠出口端的機械密封，即較難解決的一處機封，排除了一處較易發(fā)生的潛在漏點。本方案只保留進口端軸封。

　　2.2 機械密封改造

　　2.2.1 結構型式的改進進口端密封采用MFLWT80/45-G9金屬波紋管機械密封，靜環(huán)采用碳化硅，動環(huán)采用碳化鎢硬質合金，輔助密封圈采用柔性石墨。動環(huán)上的柔性石墨通過螺釘固定在軸套上，當動、靜環(huán)密封端面磨損而需要補償時，柔性石墨對金屬波紋管移動不產生阻力，這是波紋管機封的一大特點。這一特點解決了介質顆粒堵塞動環(huán)輔助密封圈而使動環(huán)失去浮動補償功能所造成的機封失效問題。

　　2.2.3 機械密封循環(huán)系統(tǒng)的改造

　　密封循環(huán)系統(tǒng)選用美國石油學會標準API682Plan54方案，適當增加阻封液罐內封液容量，避免干摩擦所造成機封摩擦副表面溫度急劇升高。因為工作介質氯乙(VCM)單體易汽化且含有自聚物顆粒，本身不宜用作潤滑、緩沖液，而清水和密封介質性質相容、微量的內漏不會對物料產生影響，所以選用清水作為沖洗和潤滑、緩沖液。潤滑、緩沖液(清水)由泵內機封的螺旋套進行自循環(huán)。冷卻水通過罐內的蛇形盤管對緩沖液起冷卻作用。通過氮氣保壓，其壓力稍大于泵進口壓力，確保密封介質不外泄。

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