压缩机机械密封失效原因分析

学术论文 2018-01-04 09:29:04
  高密度聚乙烯装置的低压溶剂回收压缩机K-5001为立式四列往复式迷宫型压缩机,规格为ZW-71.43/0.23~16,由XXX设计院设计, XXX压缩机制造厂制造,属于国产攻关的第一台压缩机。此设备为装置的核心设备,一旦压缩机停机,提供反应环境的溶剂异丁烷物资将不能正常回收,将导致整个装置停车,更严重的将影响上游装置的停车,直接影响装置乃至公司的经济效益。 
  1 机械密封结构与原理 
  1.1 机械密封结构 
  图1为此压缩机机械密封结构图,与其他机械密封类似,都是由动环、静环、弹簧、弹簧座、紧定螺钉、防转销、传动销组成的,从图上可以看出,机械密封泄漏的途径主要有六处; 
  泄漏一:垫片(序号7)作为机身与静环(序号1)之间的密封,此处密封为静密封,发生泄漏的可能性较小,垫片材质、尺寸满足要求,正常安装即可; 
  泄漏二:动环(序号2)与静环(序号1)之间:此处密封为动密封,发生泄漏的可能性最大。动、静环摩擦副是一对相对加工精度要求较高的产品,设备运行时,动静环之间形成油膜,摩擦副表面出现的任何微小的变化都会导致机械密封的泄漏; 
  泄漏三:O型圈(序号4)与曲轴之间,此O型圈防止润滑油沿轴向泄漏。一旦O型圈出现故障,润滑油将沿着轴向外泄漏,其中两次导致机械密封的泄漏都是由于此处的O 型圈发生断裂造成的,第一次O型圈备件采用瞬干胶粘结,长时间在油的浸泡作用下,瞬干胶溶解导致O型圈断裂,第二次新加工制作的O型圈不能满足耐油要求,最终变形断裂。 
  泄漏四:O型圈与轴之间,同泄漏三相同; 
  泄漏五:同泄漏点二,端盖侧动环与静环之间; 
  泄漏六:同泄漏点一,是静环与外侧端盖之间的密封。 
  1.2 机械密封的工作原理 
  机械密封工作时,由密封流体的压力和弹性元件的弹力等引起的轴向力使动环和静环互相贴合并相对运动,由于两个密封端面的紧密配合,使密封端面之间的交界(密封界面)形成一个微小间隙,当有压介质通过此间隙时,形成极薄的液膜,产生阻力,阻止介质泄漏,同时液膜又使得端面得以润滑,获得长期密封效果。 
  2 机械密封失效原因分析 
  2.1 机械密封失效经过 
  高密度聚乙烯装置在2010年9月22日停车检修过程中,发生了五次机械密封泄漏现象。 
  第一次,在启动回收压缩机数小时后,机械密封大量泄漏,打开检查,发现机械密封动环断裂,检修人员更换新机械密封。 
  第二次,压缩机启动几分钟后,机械密封又发生了泄漏。打开检查,发现机械密封外侧动环和静环均发生断裂。 
  第三次,在厂家技术人员指导下,进行第二套机械密封的安装。在压缩机启动几分钟后,机械密封就发生泄漏,打开检查,发现外侧动环和静环断裂,外侧轴瓦局部发生脱落。此次对轴瓦进行了更换,并且对机械密封系统进行了改造,从供油总管与机械密封腔内增加管线,保证机械密封腔内供油充足,重新更换了机械密封。启动压缩机,运行正常,装置按照程序开车。 
  第四次,在压缩机正常运行两个星期后,机械密封发生泄漏,打开检查发现O型圈断裂(此O型圈为安装前粘接),机械密封动静环只是发生了偏磨,并无断裂破损现象,重新更换新的机械密封和O型圈,启动压缩机,正常运行。 
  第五次,压缩机运行一星期后,机械密封发生了泄漏,打开检查发现机械密封动静环完好,但新加工的O型圈严重变形并且断裂,发现此种O型圈不满足耐油的要求。更换原厂新O型圈,压缩机运行正常。 
  2.2 原因分析及改进措施 
  2.2.1 机械密封失效原因 
  此次机械密封失效主要原因如下: 
  1)备件质量,元件制造精度不能满足要求,从第一套机械密封来看,圆柱销加工粗糙,不能保证动环在弹簧力的作用下及时补偿变形量,虽然在安装前对其进行了打磨,但是其精度不能保证。第四次更换的O型圈不是整体加工,而是粘接的,造成机械密封在更换不久就发生O型圈在粘结处断裂; 
  2)设计缺陷,在压缩机机械密封设计过程中,也存在问题,此机械密封为双端面机械密封,外侧的动静环在长周期运行过程中,机组内部不能为其提供充足的润滑,也是导致机械密封损坏的原因; 
  3)工艺条件,密封圈加工未考虑工艺条件,厂家制造的静密封O型圈在加工过程中未考虑现场实际工况,造成了机械密封的泄漏。 
  2.2.2 机械密封失效解决措施 
  1)从设备本身讲,首先,对原厂采购的机械密封备件严格把关,将上述不足之处反馈给机械密封制造厂家,以便对其进行改进;其次,对设备进行改进,从供油总管上向外侧动静环腔内加引油管,连续向动静环摩擦副供油,给摩擦副提供冲洗、冷却和润滑的条件,并且将轴承座的回油孔减小,保证密封腔内有一定的压力。此外,厂家在加工过程中必须按照现场实际工况加工备件; 
  2)从工艺操作方面讲,在启动前按照启动步骤对设备进行盘车,设备运行过程中,尽量减小生产的波动,设备振动越小对机械密封长周期运行越有利; 
  3)从现场安装方面讲,首先检查机械密封各组件是否齐全;其次,密封表面粗糙度达到设计要求;第三,保证轴套表面光滑;第四,保证机械密封的压缩量;最后每次尽量更换静密封圈[1]。 
  3 结论 
  通过以上分析,我们了解了机械密封失效的原因。通过改进,压缩机恢复了正常运行。在以后的工作中,多总结经验以保证设备的正常运行。
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