一、概述
　　陝西延長中煤榆林能源化工有限公司是一個擁有30kt/a 聚丙烯生產能力的大型（xíng）石化廠，開廠至今已經成長為了（le）一個現代化的聚丙烯生產廠。其使用的 P301B 立式（shì）泵作為一種高速泵，包含了電動機、增速泵（bèng）、一個強製潤滑機件、循環流體密封係統等組件。自2013年12月投入使用該泵，一再發生潤滑油（yóu）流（liú）失、密封液與丙烯產品泄漏等故障。盡管多（duō）次修理並更換（huàn）機械密封，可（kě）是效果甚微。不（bú）僅造成了大量的丙（bǐng）烯的損失（shī），增加了維護成本，對車間的聚丙烯產品的穩定生產是一個很大的風險。因此（cǐ），徹底解決 P301B 泵的滲漏（lòu）難題是十分緊迫的。
　　二、問題分析
　　在使用該泵一段時間之後，密封泄漏一再發生，表現為儲液裝置液位迅速下降並（bìng）且密封液發生軸間泄漏，臨近介質一麵密封摩擦副磨損嚴重，對機械密封件拆卸後在和密封件內部發現大量的聚丙烯懸浮微粒，見圖1和圖2。 　　在排除了安裝錯誤（wù）和材料選擇不合理的問題後，根據具體條件對機械密封的大部分結（jié）構設（shè）計做出了分析後發現了根（gēn）源，原來機械密封泄（xiè）漏有以下幾方麵的缺陷。
　　1）從工藝角度可以知道流體輸送過程中確（què）定有嚴重的雜質，沿軸間所造成的過（guò）大的摩擦（cā）力（lì）作用（yòng）到摩（mó）擦副上就是機械密（mì）封過度泄漏和摩擦副（fù）磨損嚴（yán）重的主要原因。在生（shēng）產車間調查（chá）後得知，由於工藝方麵的要求，該泵的實際進口壓力是1.8MPa，出口壓力達到了5.7MPa，一直高於設計壓力工作。而封（fēng）液（yè）壓力仍按照設定的4.4MPa，因此，就導（dǎo）致了密封（fēng）液的壓力比實際出液壓力低，在懸浮（fú）的顆粒附近可以快速破壞摩擦副並造成不利影響（xiǎng）。
　　2）流體一側固定環底座十分薄，僅為4mm，並且固定環和固定環（huán）座軸向剛性麵相接觸，靜止環密封 O 形圈在徑向上與（yǔ）固定（dìng）環一致。通過打壓測試機械密封發現，當在腔室中的壓力是4.4MPa 時（shí），台麵易於（yú）變形（xíng），之後的壓力超過4.4MPa，靜環發 生更（gèng）明顯（xiǎn）變形更容易傳遞到固定環內側引起固（gù）定環（huán）的變（biàn）形，與內（nèi）摩擦固定環座衝突導（dǎo）致滲漏是內密封件滲漏的直（zhí）接原因。
　　（3）另外，大（dà）氣一側的密封同樣存在上述（shù）問題（tí），也有密封麵端麵壓力過低的情況：
　　由機（jī）械設計手冊知，端麵比壓 
　　pC=pS+（K-λ）pL 　　（1）
　　式中 ：pS—彈簧比壓；K—載荷係（xì）數；λ—液膜反壓係數；pL—內外側（cè）介質壓差。
　　原機封相（xiàng）關結構尺寸如下：
　　動環端麵外徑79.5mm；動（dòng）環端麵內徑70.5mm；平衡直徑 75mm。
　　已知密（mì）封腔（qiāng）壓力（lì） pL=4.4MPa，根據設（shè）計手冊推薦值取彈簧比壓 pS=0.20~0.25。
　　端麵比壓計（jì）算如下：
　　載荷係數  K=（D22–D02）/（D22–D12）=0.515　　（2）
　　液膜反壓係數  λ=（2D2+D1）/3（D2+D1）=0.51　　（3）
　　端麵比壓  pC=pS+（K-λ）pL=0.267 5MPa 　　（4）
　　可以通過上述計算（suàn）得到表麵壓（yā）力已經高於正常範圍（0.5~ 0.7MPa），K 值（zhí）過小引起介質壓力施加在（zài）密封端麵方向的軸向（xiàng）載荷太小，液膜壓力很（hěn）容易使端麵位移，進而增加泄漏量引起大氣側（cè）密封（fēng）泄漏。
　　三、改進措施
　　為了解決（jué）這些問題，針對機械密封本身的結構做出了改進，該改進的結構見圖（tú）3。 　　1、降低軸的擺動
　　把一、二級（jí）葉輪上麵的平衡孔的螺紋實行螺紋擴孔，然後用螺釘（dìng）和金（jīn）屬黏結劑對其堵塞。使平衡孔堵塞，可引起軸向力過大，高壓泵在110℃的溫（wēn）度下，軸承中就會出現了三級平衡孔被堵（dǔ）塞的現象。
　　2、對機（jī）械密封進行改良
　　機械部分密封件以前是部分平衡的，現在將其換成完全平衡（héng）結（jié）構的機械（xiè）密封件，以（yǐ）降低（dī）熱密封麵的磨損，以形成（chéng）良好的液（yè）態膜（mó），能夠（gòu）承受高達60MPa 的壓力。原預裝機械密封和補償原件作為一個整體，安裝（zhuāng）容易，非常適合在中壓（yā）和高壓設備外使用。改良之後的機械密封（雙向平衡型）如圖3。
　　改善的特性：能夠平（píng）衡作用在整個（gè）端麵上的液體壓力，但平衡負載因子是0≤ K<1，優化密封是0.35的 K 值（zhí），約0.23~0.25 的表麵壓力，端麵壓力隨流體壓強增加而緩慢增加從而Z終降低表（biǎo）麵磨損（sǔn）。動環采（cǎi）用進口的浸金屬石墨，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（tú）4。 　　改良（liáng）的特（tè）點：僅部分地平衡作用在（zài）端麵上的流體壓力，其內（nèi）部的端麵壓力伴隨液體壓（yā）力變大而增加。改進之前的密封為1.2的 K 值，表麵壓力為0.4~0.5，在更高的流體壓力（lì）時，表麵壓力增加較大，容易磨損。動環采用普通石墨，耐磨性能和傳熱性能一般（bān）。
　　3、對介（jiè）質側靜環座進行加（jiā）厚（hòu）
　　在允許的軸向尺寸的條件下，確保在高壓下端蓋的（de）穩定性將其加厚到10mm。也對內圈做了加厚工藝，對固定環和固定環配（pèi）合底座做（zuò）了改進，把（bǎ）原始剛性麵（miàn）的直接接觸轉變為間接接觸，O 形環密封件可以用作緩衝器，降低變形轉移到固定環（huán）上，Z大化（huà）地（dì）確保內密封件摩擦副穩固可靠的（de）保護。在改進後，固定環和固定（dìng）環（huán）底座能夠以穩（wěn）定的狀態（tài）保持到4.0MPa 而不變形。
　　四、結論
　　在2018年7月和8月，按照上述方案對其進行了改造，投產運行（háng）後到（dào）目前為止，兩套機（jī）械密封沒有出現任（rèn）何泄漏，運行情況（kuàng）良好，振（zhèn）動變化小（xiǎo），解決了機組的穩定運行（háng）的潛在風險，減少了丙烯損失和維護成（chéng）本。