（中石油山东输油有限公司 山东日照 276800）
摘要：通过对德国ZLMIP 440/06鲁尔输油泵原装进口密封的国产化改进，解决了稀油、稠油在线掺混输送过程中频繁出现的机械密封温度超高、机械密封泄漏量大、旋转环、浮动环损坏、免维护性能低问题，同时解决了进口密封价格高，供货周期长等影响设备维修及时率问题。
关键词：原油在线掺混；输油泵；机械密封；国产化改进
一、故障原因及分析
一条长输管道的输送工艺为常温密闭输油，经适应性改造工程后输送介质物性发生改变，由单纯输送稀油变为输送稀油和稠油在线掺混后的混合粘油。该长输管道首站和中间加压站分别配置了4台德国鲁尔ZLMIP 440/06离心式输油泵，泵体采用原装进口集装式机械密封，输送掺混油品后产生以下问题：
1、机械密封运行温度偏高，出现温度超高报警触发泵体保护停机现象。经拆卸后检查分析发现，机械密封内冲管管路堵塞，分析认为掺混中的稠油粘度大，含泥沙和结晶颗粒较多，原装进口机械密封内冲洗孔数量6个，冲洗孔直径Ø5，极易堵塞机械密封内冲管路，造成冲洗量不足，机械密封运行温度过高。
2、机械密封泄漏量大。拆卸后发现部分机械密封摩擦面间杂质多、浮动环、旋转环损坏，摩擦面破损严重，同时部分浮动环、旋转环表面碳化.胶圈老化失效，造成机械密封渗漏。分析认为由于介质中含有较多的硬度高的杂质，在运转中因间隙轴向传动进入密封表面，长时间夹杂质运转造成密封面磨损严重，同时机械密封的高温运行状态加速浮动环、旋转环碳化和胶圈老化现象，引起密封失效泄露。
同时，进口密封旋转环裸露在外，长期受杂质泥沙和颗粒的冲击也极易发生损坏。
为此我们借鉴进口机械密封的优点结合现有的使用环境，对机械密封做啦下列调整和从新设计。以满足生产要求，并降低成本，延长机械密封的使用寿命。
二、改进措施
1.增加机械密封压盖内冲洗孔数量，增大内冲洗孔的直径，原进口机械密封内冲洗孔数量6个，冲洗孔直径Ø5，从新设计改进后的冲洗孔改为12个，冲洗孔直径改为Ø6.5。增大内冲洗流量，平均分配压盖冲洗槽内的12个内冲洗孔每30°一个，从新设计将12个内冲洗孔分为两组距离机械密封压盖内侧6mm的位置处设计一组冲洗孔，设计孔Ø6.5角度为45°冲洗孔数量6个，第一组内冲洗孔的作用，保证冲洗管内的原油介质能够准确的冲洗到机械密封的浮动环、和旋转环的结合处。降低旋转环、浮动环在高速旋转中表面因摩擦产的高温，目的带走摩擦产生的热量降低旋转环、浮动环表面的温度预防旋转环、浮动环摩擦副表面液膜气化，清洁旋转环、浮动环。
2.保障机械密封正常工作，第二组内冲洗孔设计距离压盖内侧12mm处平均分配6个冲洗孔直径Ø6.5角度设计为30°.目的辅助第一组冲洗，增大机械密封冲洗流量，带走旋转环、浮动环摩擦产生的传导温度，清洁机械密封腔体，清洁机械密封浮动环和胶圈结合处，带走介质中的泥沙，和结晶颗粒，改善润滑条件防止机械密封干运转和杂质沉积、高温结焦、胶圈老化。
3.机械密封压盖材质选用不锈钢1Cr18Ni9Ti。化学性能：耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的，仅次于钛合金将机械密封压盖。物理性能：耐热、耐高温、还耐低温甚至于耐超低温。力学性能：根据不同的不锈钢种类，力学性能各不相同，马氏体不锈钢具有高的强度、硬度，适合于制造既耐蚀又需要高强度、高耐磨性的零件，如水轮机轴、不锈钢刀具、不锈钢轴承等，奥氏体不锈钢塑性很好，强度不太高但是耐蚀性是不锈钢中最好的，适合于需要非常耐蚀而力学性能要求不高的场合，如化工厂、化肥厂、硫酸、盐酸生产厂家的设备用材等，当然也可以用于潜艇等军工行业。
机械密封压盖定位板由3个增加为4个，便于运输和有效定位。机械密封压盖增加拆卸子口，便于维修拆卸。压盖加工过程中采用锻件加工，锻件特点具有细化晶粒、致密组织，并可具有连贯的锻造流线，从而可以改善金属的力学性能。
4.机械密封旋转环、浮动环材质选用优质无压烧结碳化硅SiC，碳化硅是一种人工合成的碳化物，分子式为SiC。通常是由二氧化硅和碳在通电后2000℃以上的高温下形成的。碳化硅理论密度是3.18克每立方厘米，其莫氏硬度仅次于金刚石，在9.2-9.8之间，显微硬度3300千克每立方毫米，由于它具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性及较高的高温强度等特点，被用于各种耐磨、耐蚀和耐高温的机械零部件，是一种新型的工程陶瓷新材料。选用压烧结碳化硅SiC组成硬对硬摩擦副，同时增加摩擦副的接触面积，延长机械密封使用寿命。
5.弹簧改进增大弹簧线径，增大弹簧工作压力，减少机械密封渗漏。弹簧材质316L不锈钢，
6.辅助密封胶圈采用高效F26橡胶，氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样，可以说是目前弹性体中最好的橡胶。F26氟胶在200℃下可长期使用，250℃下短期使用，其扯断伸长率可保持在50%左右，硬度90~95度。良好弹性。采用F26胶圈可以保证机械密封的正常工作。
7.增加推环有效浮动距离，使机械密封最大工作长度由3.3mm增加为5.3mm，增加机械密封使用寿命。机械密封在正常使用过程中旋转环和浮动环会有表面的磨损，增加的5.3mm的有效工作长度在弹簧的工作下及时给与补偿，以确保机械密封旋转环和浮动环在磨损后还能有效的正常工作，延长机械密封工作时间，避免平凡更换机械密封，延长机械密封使用寿命。
8.重新设计机械密封轴套，轴套材质1Cr18Ni9Ti不锈钢，将机械密封轴套设计为一体，机械密封旋转环安装于轴套凹槽处，预防机械密封在运输和安装过程中对旋转环的损坏。机械密封旋转环改为安装于轴套凹槽处，（内装式）设计新轴套有效的将机械密封轴套和旋转环座设计成为一体，有效避免在加工过程中机械加工零部件多累积公差超标的问题，在加工轴套内孔公差在0mm-0.046mm。保证轴套内控的加工精度，轴套内孔与旋转环座公差跳动控制的↗0mm-0.025mm之间以保证轴套在安装在泵轴后旋转环轴向跳动在↗0mm-0.025mm之间以保证机械密封旋转环在轴向水平旋转，确保旋转环、浮动环正常工作有效密封。机械密封轴套外圆设计3个旋转槽，旋转槽作用阻断机械密封内冲洗介质进入输油主泵，旋转槽在机械密封腔内阻隔减缓冲洗介质，预防机械密封腔体内介质气化造成机械密封旋转环和浮动环干磨，造成旋转环和浮动环磨损，机械密封渗漏。
机械密封轴套底部新增设计3个旋转槽，预防介质中泥沙和颗粒对机械密封旋转环的冲击，旋转槽的设计使介质中的泥沙不易于堆积，均匀的通过泄压套减少输油泵泄压套和叶轮档套的磨损，延长输油泵的维修时间。
改进后机械密封示意图
三、改进效果
改进后的机械密封后输油泵稳定运行，机械密封运行温度正常，密封端面油膜成型良好，机械密封堵塞情况明显减少，辅助密封密封效果良好，运转一年后拆卸尚未发现旋转环与浮动环破损情况，免维护效果显著提升。改进后的机械密封各项运行参数均优于原来的进口密封，价格却仅为进口密封的三分之一，节约大量设备购置成本的同时确保输油生产稳定运行。
论文作者:马宏宇
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/31
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