簡介

　　在加工行業(yè)，設(shè)備的可靠性和有效可用性是具有高生產(chǎn)率和向消費(fèi)者提供忠實(shí)服務(wù)的首要要求。必須確保設(shè)備的可靠性，各環(huán)節(jié)的重要性大概占比如下：

　　通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備選擇約占60%通過正確的安裝約占15%通過適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行和維護(hù)約占25%

　　以下案例研究描述了現(xiàn)場液化石油氣（LPG）輸送泵的可靠性問題，以及故障排除和修復(fù)的方式。

　　歷史

　　該泵于1999年3月安裝并調(diào)試。機(jī)械密封每隔45~60秒開始間歇性泄漏。即使將RO（限制/調(diào)節(jié)孔板）尺寸從3 mm增加到5 mm，這個(gè)問題仍然存在。

　　圖例說明1來自于泵的高壓區(qū)（泵出口或泵出口管線）2沖洗口（F）3急冷口（Q）4排液口（D）5密封腔圖1：標(biāo)準(zhǔn)密封沖洗Plan 11詳圖

　　Plan 11（包括孔板）提供密封沖洗；Plan 61提供備用急冷，不過最初沒有提供冷卻水。根據(jù)制造商的說明，密封腔內(nèi)的估計(jì)壓力約為泵出口壓力的90%，因此約為（0.9×16）14 kg/cm2(g)。

　　服務(wù)：LPG泵制造商：Khimline Pumps,Ltd額定流量：76 m3/h額定揚(yáng)程：173 m入口壓力：設(shè)計(jì)=8 kg/cm2(g)；最小=7 kg/cm2(g)；最大=10.5 kg/cm2(g)運(yùn)行溫度：50℃汽化壓力：6.8 kg/cm2(g) 50℃比重：0.56NPSHA：2.5 mNPSHR：1.9 m徑向軸承：NU310推力軸承：7310（背靠背安裝）

　　機(jī)械密封型式：帶氟橡膠彈性體、單端面波紋管機(jī)械密封。密封平衡比為70%，低比重液體的壓力梯度系數(shù)為0.3。根據(jù)制造商說明，彈性體壓力為0.45 kg/cm2。密封面材料：碳/SiC襯套上的軸向孔一開始沒有（見后面的討論）。沖洗方案：API Plan 11（3 mm孔板），并預(yù)留急冷接口（Plan 61）。然而，最初沒有提供冷卻水，而且接口F/D均用螺塞堵住。

　　現(xiàn)場運(yùn)行情況

　　機(jī)械密封出現(xiàn)間歇性泄漏。

　　入口壓力：7.5 kg/cm2(g)出口壓力：16 kg/cm2(g)（穩(wěn)定）電機(jī)負(fù)載：55 A（穩(wěn)定）振動(dòng)：最大6.2 mm/s

　　間隙性密封泄漏可能的原因

　　1）動(dòng)環(huán)組件處于懸吊狀態(tài)2）密封面變形3）轉(zhuǎn)子軸向浮動(dòng)4）密封腔壓力低于汽化壓力，液體閃蒸成蒸汽

　　密封解體后

　　1）碳面觀察到閃光痕跡，旋轉(zhuǎn)面完好2）彈性體狀況良好3）兩只軸承均完好；未觀察到轉(zhuǎn)子軸向浮動(dòng)跡象4）葉輪完好無損5）旋轉(zhuǎn)單元的軸向運(yùn)動(dòng)不受限制，且沒有粘性沉積物6）檢查密封面的平面度，發(fā)現(xiàn)沒有問題7）注意到泵葉輪配有后耐磨環(huán)，但是沒有提供平衡孔

　　分析

　　a.由于發(fā)現(xiàn)動(dòng)環(huán)組件在軸套上處于自由狀態(tài)，因此排除第#1項(xiàng)可能的原因b.密封面平面度沒有問題，因此排除第#2項(xiàng)c.未觀察到轉(zhuǎn)子軸向浮動(dòng)跡象，排除第#3項(xiàng)d.在碳面觀察到閃光痕跡表明，配合面上有潤滑膜損失，這可能是由于密封腔中形成的蒸汽，而由于喉部襯套處的間隙過小，蒸汽無法從密封腔中順利排出。這種蒸汽的積聚可能是由于配合面和封閉的密封腔產(chǎn)生的熱量所致。由于密封面產(chǎn)生的熱，密封腔喉部襯套間隙似乎不足以帶走汽化熱量，尤其是由于Plan 61最初沒有提供冷卻水。

　　隨著密封面周期性地打開和LPG釋放到大氣中，密封間歇性失效不可避免。這可能是因?yàn)榉e累的蒸汽（從液態(tài)LPG到氣體的相變）會(huì)逐漸增加填充密封腔的體積，然后，當(dāng)壓力充分積聚時(shí)，密封面將被打開，導(dǎo)致蒸汽釋放。壓力得到釋放后，密封面將短期閉合，直至壓力升高到某一值時(shí)，密封面將會(huì)被再次打開，如此循環(huán)往復(fù)。

　　解決方案

　　起初，考慮將密封沖洗方案由Plan 11改為Plan 13。對(duì)于LPG/丙烷應(yīng)用，在工作溫度下吸入壓力和蒸汽壓力之間的差距很小，Plan 13被認(rèn)為可以將密封腔中過多的積聚蒸汽帶回到泵的吸入口。該方案將包括從密封腔通過RO（流量調(diào)節(jié)孔板）到泵吸入口的沖洗管線。然而，這并不能解決密封腔內(nèi)的汽化問題，因?yàn)槊芊馇粔毫?huì)比使用Plan 11時(shí)更低，因此腔內(nèi)壓力和蒸汽壓力之間的余量會(huì)更小。因此，Plan 13被否決。修改/改進(jìn)的歷史記錄：

　　第1步由于LPG服務(wù)（密封腔壓力和旋轉(zhuǎn)密封面產(chǎn)生的熱量非常接近汽化壓力），因此必須帶走密封面產(chǎn)生的熱量，以避免密封區(qū)域快速形成蒸汽。最初，人們認(rèn)為這是由于密封腔內(nèi)的蒸發(fā)造成的，為此，擴(kuò)大了孔板孔口尺寸以增加密封腔壓力。但遺憾的是，這并沒有解決問題。第2步API 610標(biāo)準(zhǔn)中的Plan61，為預(yù)留的（備用）沖洗方案，設(shè)備出廠前其接口采用螺塞堵住。現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際需要最終決定是否啟用Plan61。最初沒有啟用，因?yàn)樵撐恢脹]有可用的冷卻水。與制造商討論了這一點(diǎn)，指出LPG應(yīng)用可能對(duì)密封腔中的熱量比較敏感。然而，制造商認(rèn)為泵可能不需要額外的冷卻，因此沒有對(duì)冷卻水的可用性做出規(guī)定。由于問題仍然存在，為了解決此問題，通過將入口和出口管線連接到相鄰機(jī)組的遠(yuǎn)程集管來提供通過密封夾套的冷卻水循環(huán)，而無需拆卸泵。不幸的是，也沒有解決問題。第3步在喉部襯套的上部鉆了一只5 mm的孔。同時(shí)，由于拆卸和檢查發(fā)現(xiàn)葉輪上缺少了4只平衡孔，因此在葉輪上增加了4只平衡孔。這一改造成功了，泵現(xiàn)在運(yùn)行良好，沒有任何泄漏。根據(jù)制造商對(duì)輕烴應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，此類泵的密封腔壓力（在使用后耐磨環(huán)+平衡孔后）≈吸入壓力+35%的出口壓力，即：

　　8.0 kg/cm2+0.35%x 16 kg/cm2=13.6 kg/cm2(g)

　　有趣的是，這幾乎等于改進(jìn)前的密封腔壓力（如上面的“90%的規(guī)則”計(jì)算所使用的）。因此，理論上，這種改進(jìn)不會(huì)顯著地改變密封腔壓力。然而，變化的是從出口連接到密封腔，然后通過開孔的喉部襯套的液體沖洗量。換句話說，限制因素是襯套間隙，而不是Plan11管道中的孔板。

　　總結(jié)

　　通過在喉部襯套上開孔并在葉輪上增加平衡孔，傳遞摩擦熱的流體沖洗循環(huán)通道變得不那么受限，并在沒有過多停機(jī)時(shí)間和成本的情況下解決了問題。經(jīng)驗(yàn)表明：對(duì)于汽化壓力和吸入壓力之間的裕量較小的輕烴應(yīng)用的泵，應(yīng)在喉部襯套頂部開一只3 mm-5 mm的孔，以便使蒸汽能從密封腔內(nèi)順利排出。