引进的氯乙烯单体进料泵失效分析及改造

　　1 失效情况及原因分析

　　1.1 失效情况概述

　　1.1.1 平衡装置失效情况本泵采用兼有平衡盘与平衡鼓的联合平衡装置。泵的平衡盘、衡鼓与平衡套因运转中摩擦产生的高温使表层金属熔化并粘结在一起。还引起止推端轴承损坏， 叶轮与泵体口环咬死。

　　1.1.2 机械密封失效情况

　　泵的机械密封使用周期短。解体检查发现密封腔体内有大量颗粒介质，在弹簧处也堵塞有大量颗粒介质，动环失去浮动补偿功能，镶装SiC动环裂断、脱环，石墨静环表面严重刮伤、崩边、或碎断，辅助密封圈变形、失去弹性、甚至碳化，机械密封件严重损坏。

　　1.2 原因分析

　　1.2.1 进料泵密封失效原因分析通过对运行系统、封液系统以及失效现状等情况的综合分析，确定了机械密封早期失效的原因如下：

　　介质颗粒堵塞导致机封早期失效。主机泵的输送介质是氯乙烯单体，由于氯乙烯单体在流程中一定条件下会有小部分聚合成糊状的聚氯乙烯(即糊树脂)，其颗粒大小为钆左右，质软、易粘附在管道壁上或沉积、堵塞在机械密封件的缝隙中，使动环不能浮动、弹簧失弹、有时还会进入摩擦副间。该主机泵是频繁起动的设备，在起动时，树脂颗粒更容易进入动静摩擦端面，垫在摩擦副间，使得端面泄漏增加，导致机封失效。封液的泄漏使机械密封失效。由于该泵的封液系统所配阻封液罐的容积太小，若密封的工况不正常，其中的阻封液很容易在短时间内用完(主要是内漏到泵腔中)，靠近大气侧的机械密封干运转，摩擦副温度急骤升高，使得镶装动环容易发生热变形、摩擦副烧损，甚至产生脱环现象，导致动环损坏(严重时裂断)，静环表面也严重烧伤，辅助密封圈高温碳化，而靠近泵腔的机械密封的工作条件进一步恶化，最终导致整个轴封失效。泵系统偶尔出现抽空现象，会导致机封工况突然变化，使密封端面产生颤振，密封面瞬间的张开可能进入树脂颗粒。泵抽空严重时会使静环脱位，压力恢复时没有正常复位，静环卡在防转销上或偏斜，密封很快失效。密封很快失效。

　　1.2.2 平衡装置失效原因分析

　　平衡力是由液体流经平衡装置的径向或轴向间隙产生的压力降形成的。易汽化的介质流经平衡盘和平衡鼓径向或轴向间隙时产生阻力损失、压力下降。平衡盘和平衡鼓在很小的空间内高速旋转会产生大量的热量。对易汽化介质而言，无论是压力下降还是吸收热量，都可能会导致平衡腔和平衡管内的介质汽化，其结果会导致平衡盘和平衡板干磨而损坏。另一方面，平衡力是由压差和受力面积决定，而介质的汽化会改变原先精心设计计算而得到的压差，其结果必然是平衡机构的失效。平衡力依赖液体流经的径向或轴向间隙产生，而间隙大小一旦改变，无论是变大还是变小，都会使平衡机构失效。在输送含固体颗粒的介质时，磨蚀是平衡机构失效的主要原因。相反，在输送易结晶介质时，如本课题，机泵所输送的氯乙烯(VCM)单体易聚合成糊状的聚氯乙烯粘附在管道壁上或沉积、堵塞在过流部件上，平衡机构间隙、平衡管内径变小，从而使平衡机构失效。在平衡机构失效后，轴向力几乎完全由止推轴承来承受，过大的轴向力使轴承的寿命变短损坏。进而使转子产生过量的径向跳，转子一旦跳，就会使平衡鼓与平衡套、叶轮与口环发生摩擦，导致咬死。

　　2 改造方案与实施

　　2.1 整体结构的改造

　　2.1.1 平衡装置的改造

　　改为采用叶轮对称布置的方式平衡轴向力。此方法并不要求增加零件，只是叶轮结构及安装方式的改变。省去了平衡盘、平衡鼓和平衡管，避免了因汽化、氯乙烯颗粒自聚所造成的平衡失效，提高了运行可靠性，降低了平衡机构造成的容积损失。

　　2.1.2 支撑方式的改造由两端支撑结构改为悬臂式结构。把进口设在靠近轴承端，经过反向叶轮的增压，通过连通管输送至正叶轮，再由正叶轮的增压输送至出口，通过此方法便省去了靠出口端的机械密封，即较难解决的一处机封，排除了一处较易发生的潜在漏点。本方案只保留进口端轴封。

　　2.2 机械密封改造

　　2.2.1 结构型式的改进进口端密封采用MFLWT80/45-G9金属波纹管机械密封，静环采用碳化硅，动环采用碳化钨硬质合金，辅助密封圈采用柔性石墨。动环上的柔性石墨通过螺钉固定在轴套上，当动、静环密封端面磨损而需要补偿时，柔性石墨对金属波纹管移动不产生阻力，这是波纹管机封的一大特点。这一特点解决了介质颗粒堵塞动环辅助密封圈而使动环失去浮动补偿功能所造成的机封失效问题。

　　2.2.3 机械密封循环系统的改造

　　密封循环系统选用美国石油学会标准API682Plan54方案，适当增加阻封液罐内封液容量，避免干摩擦所造成机封摩擦副表面温度急剧升高。因为工作介质氯乙(VCM)单体易汽化且含有自聚物颗粒，本身不宜用作润滑、缓冲液，而清水和密封介质性质相容、微量的内漏不会对物料产生影响，所以选用清水作为冲洗和润滑、缓冲液。润滑、缓冲液(清水)由泵内机封的螺旋套进行自循环。冷却水通过罐内的蛇形盘管对缓冲液起冷却作用。通过氮气保压，其压力稍大于泵进口压力，确保密封介质不外泄。

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