一、概述
　　陜西延長中煤榆林能源化工有限公司是一個擁有30kt/a 聚丙烯生產(chǎn)能力的大型石化廠，開廠至今已經(jīng)成長為了一個現(xiàn)代化的聚丙烯生產(chǎn)廠。其使用的 P301B 立式泵作為一種高速泵，包含了電動機、增速泵、一個強制潤滑機件、循環(huán)流體密封系統(tǒng)等組件。自2013年12月投入使用該泵，一再發(fā)生潤滑油流失、密封液與丙烯產(chǎn)品泄漏等故障。盡管多次修理并更換機械密封，可是效果甚微。不僅造成了大量的丙烯的損失，增加了維護(hù)成本，對車間的聚丙烯產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)是一個很大的風(fēng)險。因此，解決 P301B 泵的滲漏難題是十分緊迫的。
　　二、問題分析
　　在使用該泵一段時間之后，密封泄漏一再發(fā)生，表現(xiàn)為儲液裝置液位迅速下降并且密封液發(fā)生軸間泄漏，臨近介質(zhì)一面密封摩擦副磨損嚴(yán)重，對機械密封件拆卸后在和密封件內(nèi)部發(fā)現(xiàn)大量的聚丙烯懸浮微粒，見圖1和圖2。　　在排除了安裝錯誤和材料選擇不合理的問題后，根據(jù)具體條件對機械密封的大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計做出了分析后發(fā)現(xiàn)了根源，原來機械密封泄漏有以下幾方面的缺陷。
　　1）從工藝角度可以知道流體輸送過程中確定有嚴(yán)重的雜質(zhì)，沿軸間所造成的過大的摩擦力作用到摩擦副上就是機械密封過度泄漏和摩擦副磨損嚴(yán)重的主要原因。在生產(chǎn)車間調(diào)查后得知，由于工藝方面的要求，該泵的實際進(jìn)口壓力是1.8MPa，出口壓力達(dá)到了5.7MPa，一直高于設(shè)計壓力工作。而封液壓力仍按照設(shè)定的4.4MPa，因此，就導(dǎo)致了密封液的壓力比實際出液壓力低，在懸浮的顆粒附近可以快速破壞摩擦副并造成不利影響。
　　2）流體一側(cè)固定環(huán)底座十分薄，僅為4mm，并且固定環(huán)和固定環(huán)座軸向剛性面相接觸，靜止環(huán)密封 O 形圈在徑向上與固定環(huán)一致。通過打壓測試機械密封發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在腔室中的壓力是4.4MPa 時，臺面易于變形，之后的壓力超過4.4MPa，靜環(huán)發(fā) 生更明顯變形更容易傳遞到固定環(huán)內(nèi)側(cè)引起固定環(huán)的變形，與內(nèi)摩擦固定環(huán)座沖突導(dǎo)致滲漏是內(nèi)密封件滲漏的直接原因。
　　（3）另外，大氣一側(cè)的密封同樣存在上述問題，也有密封面端面壓力過低的情況：
　　由機械設(shè)計手冊知，端面比壓 
　　pC=pS+（K-λ）pL 　?。?）
　　式中 ：pS—彈簧比壓；K—載荷系數(shù)；λ—液膜反壓系數(shù)；pL—內(nèi)外側(cè)介質(zhì)壓差。
　　原機封相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸如下：
　　動環(huán)端面外徑79.5mm；動環(huán)端面內(nèi)徑70.5mm；平衡直徑 75mm。
　　已知密封腔壓力 pL=4.4MPa，根據(jù)設(shè)計手冊推薦值取彈簧比壓 pS=0.20~0.25。
　　端面比壓計算如下：
　　載荷系數(shù)  K=（D22–D02）/（D22–D12）=0.515　?。?）
　　液膜反壓系數(shù)  λ=（2D2+D1）/3（D2+D1）=0.51　?。?）
　　端面比壓  pC=pS+（K-λ）pL=0.267 5MPa 　　（4）
　　可以通過上述計算得到表面壓力已經(jīng)高于正常范圍（0.5~ 0.7MPa），K 值過小引起介質(zhì)壓力施加在密封端面方向的軸向載荷太小，液膜壓力很容易使端面位移，進(jìn)而增加泄漏量引起大氣側(cè)密封泄漏。
　　三、改進(jìn)措施
　　為了解決這些問題，針對機械密封本身的結(jié)構(gòu)做出了改進(jìn)，該改進(jìn)的結(jié)構(gòu)見圖3。　　1、降低軸的擺動
　　把一、二級葉輪上面的平衡孔的螺紋實行螺紋擴(kuò)孔，然后用螺釘和金屬黏結(jié)劑對其堵塞。使平衡孔堵塞，可引起軸向力過大，高壓泵在110℃的溫度下，軸承中就會出現(xiàn)了三級平衡孔被堵塞的現(xiàn)象。
　　2、對機械密封進(jìn)行改良
　　機械部分密封件以前是部分平衡的，現(xiàn)在將其換成平衡結(jié)構(gòu)的機械密封件，以降低熱密封面的磨損，以形成良好的液態(tài)膜，能夠承受高達(dá)60MPa 的壓力。原預(yù)裝機械密封和補償原件作為一個整體，安裝容易，非常適合在中壓和高壓設(shè)備外使用。改良之后的機械密封（雙向平衡型）如圖3。
　　改善的特性：能夠平衡作用在整個端面上的液體壓力，但平衡負(fù)載因子是0≤ K<1，優(yōu)化密封是0.35的 K 值，約0.23~0.25 的表面壓力，端面壓力隨流體壓強增加而緩慢增加從而最終降低表面磨損。動環(huán)采用進(jìn)口的浸金屬石墨，耐磨性能和傳熱性能非常好。改良之前的機械密封（部分平衡型）如圖4。　　改良的特點：僅部分地平衡作用在端面上的流體壓力，其內(nèi)部的端面壓力伴隨液體壓力變大而增加。改進(jìn)之前的密封為1.2的 K 值，表面壓力為0.4~0.5，在更高的流體壓力時，表面壓力增加較大，容易磨損。動環(huán)采用普通石墨，耐磨性能和傳熱性能一般。
　　3、對介質(zhì)側(cè)靜環(huán)座進(jìn)行加厚
　　在允許的軸向尺寸的條件下，確保在高壓下端蓋的穩(wěn)定性將其加厚到10mm。也對內(nèi)圈做了加厚工藝，對固定環(huán)和固定環(huán)配合底座做了改進(jìn)，把原始剛性面的直接接觸轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接接觸，O 形環(huán)密封件可以用作緩沖器，降低變形轉(zhuǎn)移到固定環(huán)上，地確保內(nèi)密封件摩擦副穩(wěn)固可靠的保護(hù)。在改進(jìn)后，固定環(huán)和固定環(huán)底座能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)保持到4.0MPa 而不變形。
　　四、結(jié)論
　　在2018年7月和8月，按照上述方案對其進(jìn)行了改造，投產(chǎn)運行后到目前為止，兩套機械密封沒有出現(xiàn)任何泄漏，運行情況良好，振動變化小，解決了機組的穩(wěn)定運行的潛在風(fēng)險，減少了丙烯損失和維護(hù)成本。