离心泵的调节方式与能耗分析
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黄禹忠 诸 林 何红梅
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本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/（西南石油学院化学化工学院，四川 成都610500）
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net编者按
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泵是耗能大户。据专家估计，约占世界总能耗的20%。在石油和化工工业中更分别高达59%和26%。因此，泵的节能是一项意义深远、潜力巨大、经济效益和社会效益十分显著的大事。过去，离心泵的调节，普遍采用阀门控制和启闭旁通等方法，能量损失很大。随着变频技术工业应用的发展，变速调节不仅方便，而且经济上也呈现合理。特别是能将特性曲线储存起来，并用传感器按生产要求进行调节的新一代智能泵的出现，将离心泵的调节带入了现代化的模式。许多企业包括个人都在积极地、有深度地促进着它的发展，如高质泵公司等从节能和费用的角度来论证泵的全寿命成本；石家庄易奥科技发展有限公司等则开发出对工矿企业水泵节电的计算方法等。本期发表的黄禹忠等作者的“离心泵的调节方式与能耗分析”一文，也从另一角度论述了变速调节的优点。我们希望，有关厂商、科技工作者、广大用户，都来讨论泵的节能命题，特别是泵节能的定量问题，推动它的发展。欢迎各界来稿。
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通过离心泵与管路系统的特性曲线图分析了离心泵流量调节的几种主要方式：出口阀门调节、泵变速调节和泵的串、并联调节。用特性曲线图分析了出口阀门调节和泵变速调节两种方式的能耗损失，并进行了对比，指出离心泵用变速调节流量比用出口阀门调节流量可以更好的节约能耗，且节能效率与流量变化大小有关。在实际应用时应该注意变速调节的范围，才能更好的应用离心泵变速调节。
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离心泵是广泛应用于化工工业系统的一种通用流体机械。它具有性能适应范围广（包括流量、压头及对输送介质性质的适应性）、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等诸多优点。通常，所选离心泵的流量、压头可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化，此时都要求对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。目前，离心泵的流量调节方式主要有调节阀控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。由于各种调节方式的原理不同，除有自己的优缺点外，造成的能量损耗也不一样，为了寻求最佳、能耗最小、最节能的流量调节方式，必须全面地了解离心泵的流量调节方式与能耗之间的关系。
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本文章来源于:www.lanbeng-pump.net/ 1 泵流量调节的主要方式
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1．1 改变管路特性曲线
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改变离心泵流量最简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。
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1．2 改变离心泵特性曲线
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根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构（如切削叶轮外径法等）两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量（同时改变压头）的目的。但是对于已经工作的泵，改变泵结构的方法不太方便，并且由于改变了泵的结构，降低了泵的通用性，尽管它在某些时候调节流量经济方便[1]，在生产中也很少采用。这里仅分析改变离心泵的转速调节流量的方法。从图1中分析，当改变泵转速调节流量从Q1下降到Q2时，泵的转速（或电机转速）从n1下降到n2，转速为n2下泵的特性曲线Q-H与管路特性曲线He=H0+G1Qe2（管路特曲线不变化）交于点A3(Q2，H3)，点A3为通过调速调节流量后新的工作点。此调节方法调节效果明显、快捷、安全可靠，可以延长泵使用寿命，节约电能，另外降低转速运行还能有效的降低离心泵的汽蚀余量NPSHr，使泵远离汽蚀区，减小离心泵发生汽蚀的可能性[2]。缺点是改变泵的转速需要有通过变频技术来改变原动机（通常是电动机）的转速，原理复杂，投资较大，且流量调节范围小。
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1．3 泵的串、并连调节方式
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当单台离心泵不能满足输送任务时，可以采用离心泵的并联或串联操作。用两台相同型号的离心泵并联，虽然压头变化不大，但加大了总的输送流量，并联泵的总效率与单台泵的效率相同；离心泵串联时总的压头增大，流量变化不大，串联泵的总效率与单台泵效率相同。
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2 不同调节方式下泵的能耗分析
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在对不同调节方式下的能耗分析时，文章仅针对目前广泛采用的阀门调节和泵变转速调节两种调节方式加以分析。由于离心泵的并、串联操作目的在于提高压头或流量，在化工领域运用不多，其能耗可以结合图2进行分析，方法基本相同。
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2．1 阀门调节流量时的功耗
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离心泵运行时，电动机输入泵轴的功率N为：
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N＝vQH／η
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式中N——轴功率，w；
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Q——泵的有效压头，m；
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H——泵的实际流量，m3/s；
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v——流体比重，N/m3；
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泵阀技术论坛 (兰泵论坛)http://www.lanbeng-pump.net η——泵的效率。
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当用阀门调节流量从Q1到Q2，在工作点A2消耗的轴功率为：
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NA2＝vQ2H2／η
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vQ2H3——实际有用功率，W；
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vQ2(H2－H3)——阀门上损耗得功率，W；
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vQ2H2(1／η－1)——离心泵损失的功率，W。
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2．2 变速调节流量时的功耗
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在进行变速分析时因要用到离心泵的比例定律，根据其应用条件，以下分析均指离心泵的变速范围在±20%内，且离心泵本身效率的变化不大[3]。用电动机变速调节流量到流量Q2时，在工作点A3泵消耗的轴功率为：
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NA3＝vQ2H3／η
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同样经变换可得：
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NA3＝vQ2H3＋vQ2H3(1／η－1) （2）
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式中 vQ2H3——实际有用功率，W；
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vQ2H3(1／η－1)——离心泵损失的功率，W。
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2．3 能耗对比分析
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转载请注明出处：http://www.lanbeng-pump.net3 结论
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对于目前离心泵通用的出口阀门调节和泵变转速调节两种主要流量调节方式，泵变转速调节节约的能耗比出口阀门调节大得多，这点可以从两者的功耗分析和功耗对比分析看出。通过离心泵的流量与扬程的关系图，可以更为直观的反映出两种调节方式下的能耗关系。通过泵变速调节来减小流量还有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性。当流量减小越大时，变速调节的节能效率也越大，即阀门调节损耗功率越大，但是，泵变速过大时又会造成泵效率降低，超出泵比例定律范围，因此，在实际应用时应该从多方面考虑，在二者之间综合出最佳的流量调节方法。
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大型活塞式压缩机常见故障及处理措施
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赵亚力、贯士国、王绪涛( 山东红日集团，山东临沂 276021)
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前言：在石油化工及化肥行业中，气体的压缩必不可少，而做为往复压缩机由于压力范围广，效率高、适应性强，在石化及中小氮肥行业中的应用则更为广泛。缺点则是它存在着外型及重量较大，需较大的基础，气流较脉动，易损件多，增加了检修工作，由此以上特点，往复式活塞压缩机在使用过程中正确的检修及保养显得尤为重要。正确的检修对装置的开工率、出力率及降低吨成品的成本都十分关键，我公司新上四台大型往复式压缩机单机打气量190m3/min，由于多方面原因在使用过程中出现一系列的事故，在此做以介绍，供各位同仁探讨。
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一、曲柄销轴瓦的偏磨：
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连杆将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，我公司一台压缩机在一段时间内频繁出现一级曲柄销瓦偏磨损坏乌金脱落的事故，且偏磨的方向一直不变，主要从以下几方面进行了分析处理。
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1、仔细检测了曲柄销轴承的间隙，十字头销与十字头及连杆大、小头瓦的间隙，十字头与滑道的六点间隙，以及曲柄销轴的椭圆度，更换了新的十字头销，保证了各部间隙。
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2、连杆大小头孔的平行度，利用专用工具检测，十字头销孔对于一级曲柄销轴的平行度，也利用专用工具进行了检测。平行度均不超0.02—0.03mm，在允许范围内。
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3、活塞杆的跳动, 设计值不超过0.07mm/全行程，也在设计范围内
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在以上三点均得到确认无误后，检修机组后开车仅3天，仍发生曲柄销瓦的偏磨，最后发现由于曲轴联轴器的对中存在着问题，导致曲轴的最远端发生偏斜，最为明显，从而造成了曲轴销瓦的偏磨，通过重新找正曲轴与电机的同轴度及调整主轴瓦的间隙，彻底解决了曲轴销瓦偏磨的问题。
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net二、曲柄销轴颈的损坏
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我公司压缩机由于原始设计有误，改造后造成运行一级活塞力的偏大，一级曲柄销瓦的比压偏大。频繁损坏一级瓦、一级活塞及连杆。
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轴承瓦承受最大比压为：
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Pmax=Rmax/db’N/mm2
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Rmax——轴承最大支撑压力N；
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d——轴承内径mm；
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b’——轴承计算宽度mm，对于薄壁瓦b’=b（轴承宽度），对于厚壁瓦b’=b-2r，r为轴承两侧圆角半径；
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对于大中型压缩机，主轴颈及曲柄销轴颈轴承的许用最大比压分别为4—5MPa；9.0MPa。在检修质量保证的情况下，通过调节曲柄销瓦的合理间隙，改善供油状况油路及油压调节，形成有效油膜，并通过对一进压力的调整，选用合适比压的轴瓦，解决了由于不平衡导致的轴瓦的损坏，也进而解决了曲柄销轴颈的损坏。
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三、十字头销的处理
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压缩机运行中十字头销端面压紧螺钉断裂及十字头销的脱落，会造成十分严重的事故，因而对于十字头销与连杆小头瓦的间隙应十分注意，另外更为关键的是十字头销锥面与十字头体的配合应无间隙，因为在理论上讲一旦存在间隙，接触便为线接触，对传递力及机组稳定性影响很大，因而要求配研接触面积应在80%以上，如新进的备件销子与十字头销孔存在间隙一定要按十字头销孔的锥度修配十字头销子。对于十字头锥孔切不可修研，因为一旦修研十字头锥孔，很可能造成以后销子的轴向位置的改动，对定位及润滑油的供给产生影响，如销子的偏差过大可通过测量径向尺寸，于车床上进行定位修锉，再行研磨，但最好还是采用合适的备件锥销。
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四、活塞杆尾部的连接：
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五、活塞及活塞杆的损坏：
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四台压缩机在使用中均出现了一级活塞碎裂及活塞杆的断裂情况，活塞杆与活塞的连接一定要牢固准确，活塞杆的定位台肩与活塞的中心线垂直度符合要求，活塞的两端轴肩与活塞杆支撑面要配研，并按规定的紧固力矩紧固，两半活塞（铸铝）的结合面应贴合紧密不得出现内外圈的结合面的间隙，此点应十分注意，因为内圈结合面的间隙会产生交变应力，缩短活塞的寿命，而外圈的间隙造成活塞内部腔内进入压缩气体，使内部容积在一定程度上成为气缸的余隙容积，对压缩机的效率及活塞的寿命均有不良影响，因而组装活塞各部应仔细检查研合。另外活塞尾杆端面受力面的机械性能及光洁度也对活塞杆的寿命影响较大。因为此受力面的比压：
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q=4p/π（D2-d2）
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其中p为活塞力，D、d分别为压力体作用于尾杆端面接触面的外、内圆直径。
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此面的光洁度及硬度值要求较严，使用前应仔细检查，光洁度一般要求Ra0.8以上，渗碳层应为细密的马氏体组织，不允许有针状或网状的游离渗碳体。否则易造成受力面拉毛，严重影响活塞杆的使用。
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六、活塞杆跳动的异常处理：
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一般情况下活塞杆的跳动作为压缩机找正的最终验证结果，应在允许范围内，在气缸与十字头滑道正确对中的情况下，允许的活塞杆水平径向跳动量应为一个公差带即：±0.00015mm/mm行程，最大不超±0.064mm，而垂直径向跳动也应考虑活塞杆的挠度等情况略有变化。即使超差也是在打表过程中由一侧到另一侧，数值持续增减变化，只要采用重新调节水平及各方向串动定位即可给予消除。而在检测过程中发现如下异常情况，在活塞运动过程中，活塞杆垂直方向跳动量一直较好，而仅在两侧死点突然发生大范围跳动变化，水平跳动较好，在排除各部间隙连杆大小头瓦间隙、十字头间隙、气缸死点间隙等的影响后，发现活塞环越程出现问题导致了活塞杆跳动量的突变，处理方法为将气缸内壁的磨损台肩磨削去除，调节好活塞环越程值，进而消除了活塞杆跳动量的异常现象。
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七、结束语
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除以上总结外，为使压缩机正常运行，延长其使用寿命，应定期维护严格按随机说明书制定检修制度，压缩机的维修应该是按计划，有步骤进行，并加以不断的总结，找出适合本企业机组的方法，相信会达到满意的效果。
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浅析机械密封在热水工况中的应用
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上海工程有限公司
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张晞琳 陈伟
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泵阀技术论坛http://www.lanbeng-pump.net1．概述
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水是各种工艺流程中应用最为广泛的介质。冷水的密封选型通常没有困难，而热水却是一种很难密封的介质，如何为热水提供价廉物美又性能可靠的密封长期以来困扰着密封行业。热水的汽化压力较高，造成它在流经密封面时容易发生闪蒸或汽化，同时热水的润滑性能很差，这些特性使得标准的密封设计很难满足热水工况的要求。
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2 . 热水工况用传统的机械密封方案
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net热水工况采用的传统的机械密封绝对不能用热水直接冲洗密封面，热水必须首先经过冷却，将冲洗液温度降低至65～820C以下。
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最常用的热水工况的密封冲洗方案有API plan 23和API Plan 21。其中API plan 23方案是将热水从密封腔 ( stuffing box ) 引出，经过一个换热器后再冲洗密封面。换热器使热水的温度在重新注入密封腔并冲洗密封面之前降低了。冲洗液循环的动力通常由一个内置的泵送环，也称泵效环（pump ring）来提供。
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API plan 21 是将泵送热水从泵出口引出，经过换热器降低温度，然后注入密封腔并冲洗密封面。API plan 21总的来说不如API Plan 23效率高，因为它需要冷却的是来自工艺管线的较高温度的热水，在同等工况下通常需要更大的换热器，其优点是冲洗液不需要泵送环提供动力。
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此外可以用于热水工况密封的冲洗方案还有API plan 32。这个方案API plan 32是采用一路外来的温度较低的清洁软水注入密封腔并冲洗密封面，它的冲洗管路简单可靠，但缺点是冲洗水消耗量很大且会稀释或冷却工艺管线的热水，许多用户难以接受。当然还可以采用在密封腔外增加冷却水夹套的方法来降低密封腔的热水温度。
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以上冲洗方案，均要求将密封腔中热水的温度降低到标准密封设计所能接受的水平，以使密封达到一个可以让人接受的使用寿命；并要求另外提供一路冷却水，这不但带来大量的冷水消耗，而且一旦在操作过程中冷水中断就会迅速导致密封失效。同时，在这些冲洗方案的使用过程中还要面对换热器、夹套腔等处的结垢问题，这就降低了密封系统在实际操作过程中的可靠性。
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以下介绍两种适用于热水工况而又无需冷却水的密封方式 － “润滑槽”(Lube Groove)和“液体缓冲垫”(Hydropad)机械密封。
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3．“润滑槽”(LUBE GROOVE)密封
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在一个标准的机械密封中，两个密封端面之间存在一个很薄的液膜，在产生和形成稳定的液膜过程中，流体的物理特性处于临界状态。在流体流经密封面时，压力降低、温度升高。压力降低是由于密封面内外缘的压力差造成的，温度的升高是由于液膜中流体受到剪力以及密封面之间的机械接触产生的摩擦热引起的。液膜防止了密封端面之间过大的机械接触，从而减少密封端面在运行过程中的摩擦热和端面磨损。如果液膜在接近密封面的边缘处发生汽化，那么该密封副的大部分密封面都会失去密封液膜的支撑，造成密封迅速失效。
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“润滑槽”就是在密封面上沿切线方向刻出窄槽，该槽不能贯通密封面的内外侧边缘。当流体流经密封面时，这些槽能改善流体在密封面上的压力分布。这有助于保持密封面间的液膜稳定并防止流体在液膜处汽化。
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由于热水的汽化压力很高，容易在流经密封端面时引起快速汽化，因此控制密封接触面的压力是解决问题的关键。当密封面相互平行时，液膜中的压力降基本上呈线性分布，由密封端面外侧的密封腔压力逐步降至其内缘的大气压力。当液膜中的流体压力逐步降低至等于液体的汽化压力时，液膜就会发生汽化。通过在密封面上开润滑槽，密封端面上就会形成一个相对的高压区域。该液膜的压力分布是从密封端面外缘 (OD)呈线性递减直到进入润滑槽。在经过润滑槽时流体压力保持不变，然后再从润滑槽处呈线性递减直到密封面内缘面(ID)。压力分布形式的改变，限制了液膜在“润滑槽”所覆盖的环形区域内的汽化。
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泵阀技术论坛 (兰泵论坛)http://www.lanbeng-pump.net目前“润滑槽”型式密封是由Flowserve公司生产的。该公司的集装式密封U,QB及BX都可采用“润滑槽”型式密封面。以下为“润滑槽”密封在热水工况中的应用：
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最大密封尺寸： 5 英寸 （127毫米）
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最大外缘线速度： 66英尺 / 秒 (20米 / 秒)
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net最高转速： 3000rpm
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最低转速： 750rpm
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最高密封腔压力*： 15 Bar 表压
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最高密封腔温度： 175 0C
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密封副材质： 石墨，碳化硅，硬质合金
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推荐的管线方案： API Plan11或API Plan02
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注*：最低密封腔压力应保持在高于热水的汽化压力2Bar以上。
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在通常情况下，为便于加工，“润滑槽”一般刻在较软的密封面上。“润滑槽”的确切数量以及它的长度，深度是由密封端面的尺寸决定的。
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4．“液体缓冲垫”（HYDROPAD）密封
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“液体缓冲垫”是在动静环的任一密封面上从外缘沿径向朝里开出凹槽或企口。其深度可以从千分之几到0.125英寸(即3毫米)
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在普通密封中，密封面是均匀的圆环形。在密封面上开槽后，就会在圆周方向由机械和温度变化引起变形。在机械方面，由于开槽使密封端面的局部强度削弱了；在热力方面，凹槽使热量沿密封端面的圆周方向散失速率不同。这两个因素造成密封端面发生波状变形。由于液膜很薄，密封面上很小的变形都会对液膜的形成及稳定性产生极大的影响。
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波状变形有助于液膜在密封端面间的延展。液膜厚度沿圆周方向的收缩与扩展产生了一个使密封面分离的流体推开力。这个流体推力减小了密封面间的机械接触，热量产生及密封面磨损。流体推力的大小不仅与密封面的波状变形而且与密封的操作特性和流体的物理特性有关。密封面之间的相对速度也是产生流体推力的一个重要因素。速度越大，流体推力越大。流体的特性，如比重，粘度，蒸汽压，都会对液膜产生很大的影响。流体的比重和粘度越小，流体推力越小。由于以上特性，“液体缓冲垫”可以用于热水，轻烃和氢氟酸等介质。
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在确定是否需要“液体缓冲垫”时应考虑以下因素：
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1） 汽化压力： 密封腔的压力低于液体的汽化压力加上25 Psi (即1.7 Bar)时， 应同时综合考虑温度的因素。
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2） 压差： 密封面内外缘的压差非常低或非常高（大于250 Psi 即17 Bar时），应考虑采用“液体缓冲垫”型式。因为当流体的压力很低时，液体的压力无法克服作用在密封面上的弹簧力，难于在密封面上形成所需液膜。而当流体的压力很高时，密封面上的所受的液体闭合压力也很高，同样难于形成所需液膜。
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3） 液体比重： 液体比重小于0.52。
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目前，“液体缓冲垫”与“润滑槽”一样，均为集装式密封。Flowserve的 BAW 系列以及John Crane的 LASERFACE系列均为此密封型式。
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5 . 热水工况用机械密封型式比较
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本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/用于热水工况的机械密封型式比较见下表1。
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表1 用于热水工况的机械密封型式比较表
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密封面型式
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传统机械密封
本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/ “润滑槽”机械密封
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“液体缓冲垫”机械密封
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密封面结构型式
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平面
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在较软的密封面上开闭合槽
泵阀技术(论坛)http://www.lanbeng-pump.net 在任意的密封面上开出朝外缘面开口的凹槽或企口
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泵阀技术论坛 (兰泵论坛)http://www.lanbeng-pump.net冲洗方案
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API Plan 21、23、 32
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API Plan 02、11
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API Plan 02、11
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冷却水
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不需要
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不需要
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密封腔压力Pc
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无限制
本文章来源于:www.lanbeng-pump.net/ Pc<Pv+2 bar且2<Pc<15Bar
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Pc<Pv+1.7bar或△Pc>17Bar
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注：Pc – 密封腔压力；Pv – 介质的汽化压力；△Pc – 密封面的内外缘压差。
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6. 应用实例
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在上海漕泾SECCO公司苯乙烯项目中，有一冷凝水泵的温度是1170C，入口压力为1.6 Bar，出口压力为 7.2 Bar，密封腔压力经计算约为3.2 Bar，介质的蒸汽压为1.41 Bar，比重为0.951。
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在原设计中，采用的是API plan 23 方案。该设计需要一套辅助管路系统、换热器及其所需的0.7米3/小时的冷却水消耗。我方与业主经过认真的研究和综合比较后，决定采用“润滑槽”( QB Lube ) 型机械密封，冲洗方案为API Plan 11。设备购置费可以节省约30％，运行费可以节省约6000元/年（仅冷却水消耗）。
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由于“润滑槽”型机械密封不需要冷却水，避免了由于误操作断水而造成密封失效，以及因换热器结垢而降低密封系统可靠性。此类密封型式已在欧洲和中东地区有了近40年的使用历史。
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除了在热水工况中有许多的成功运用外，“润滑槽”和“液体缓冲垫”密封已经大量成功地运用于一些特殊的工况，如：液化空气，低温液化气，轻烃，氢氟酸等介质。由于它在以上特殊的工况中部分替代了干气密封的使用，而购置成本与运行成本，操作难度都大大低于干气密封，相信将会有愈来愈广泛的应用。
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碱液循环泵机械密封失效分析及改进
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庄永福（天津石化公司乙烯厂 300271）
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摘要：通过对乙烯装置碱液循环泵机械密封频繁失效的原因进行分析，改进了密封结构和摩擦副材料，取得了良好的密封效果和经济效益。
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乙烯装置压缩系统浓碱液循环泵是碱洗塔的塔底循环泵，它将经裂解气碱洗过的碱液输送到塔顶，使碱液循环使用。该泵在实际运行中，频繁发生泄漏，机械密封在安装运行一周左右开始微漏，1～2个月内泄漏量增大，无法继续使用。严重影响了装置的环保达标和长期稳定运行。
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泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net1 基本情况：
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该泵为单吸悬臂卧式离心泵，主要技术参数如下表：
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介质成份
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含胶状、颗粒杂质的20％NaOH液体
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介质温度
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45℃
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介质粘度
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1070CP
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流量
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30m3/h
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扬程
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18m
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吸入压力
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1.078MPa
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1.272MPa
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轴功率
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2.7KW
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电机转数
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2950r/m
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将失效后的克兰机械密封解体，其损坏情况如下：
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（1）动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞
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（2）动环和静环有环状磨损痕迹
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本文章来源于:www.lanbeng-pump.net/ （3）密封腔内有焦状聚合物、颗粒等杂质和结晶物
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泵阀技术论坛http://www.lanbeng-pump.net（4）弹簧锈蚀严重，被杂质和结晶物卡涩，弹性不足
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2 失效分析：
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一般造成密封失效的主要原因有端面液膜失效、材料与介质不相容，以及制造和安装问题等。端面比压是机械密封的重要性能参数，端面比压要在设计的范围之内（内装式机械密封一般为0.2 MPa～0.4 MPa）,以保证机械密封端面良好配合，使密封面间形成有效液膜。
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Fb(端面受力)= Ft（弹簧力）+Fp(介质作用压力)-Fm(液膜作用压力),端面比压的计算公式为：
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Pb＝Pt ＋Pp－Pm
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Pb＝Pt ＋（K-λ）P
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其中: d2＝50mm d1＝32mm d2＝38mm
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弹簧比压 Pt ＝Ft（弹簧力）／［π／4（d22－d02）］＝0.3MPa(厂家设计值)
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载荷系数 K ＝（d22－d02）／（d22－d12）＝0.715
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膜压系数 λ=0.742
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介质压力 P＝0.45 MPa
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可以计算出原 8B1-P型机械密封端面比压 Pb 为0.28 MPa,是符合设计规范的, 在正常工作条件下是能够满足生产要求的。这和实际情况相吻合,在使用初期机械密封并不泄漏,那导致其失效的原因又是什么呢?这就必须从机械密封的工作环境入手,进行综合分析。
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由于该泵处于碱洗塔底部，管道和设备的锈蚀物以及裂解气中的杂质和重组份聚合物都沉积在塔底，同时塔内NaOH与H2S和CO2组分发生反应，生成的Na2S、Na2CO3会产生结晶物。泵入口滤网原为40目，在实际生产中经常堵塞，使泵抽空，我们把滤网改为20目,基本解决了入口堵塞问题,这同时也造成进入泵体内的碱液含有大量的杂质和结晶物，由于采用自身冲洗方式，这些杂质和结晶物不可避免地沉积于密封腔内。使动环和动环座、轴套间的间隙被阻塞，导致动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死，弹簧被腐蚀卡涩，弹性不足，不能提供原设计0.28 MPa的端面比压，导致密封面不能良好地贴和,液膜平衡被破坏,这时密封就会出现微漏，随着结晶物和杂质颗粒进入摩擦副端面，密封面逐渐被磨损，再加上动环轴向补偿不灵，造成密封泄漏量增加，最终导致密封彻底失效。
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3 改进措施
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根据密封的失效原因，我们有针对性地从以下几个方面进行了技术改造：
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（1） 改变密封结构形式
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由于介质是含有杂质的碱液，从密封结构上来看采用静环补偿比原设计的动环补偿更为适合。根据该泵的具体工况条件，我们选用了艾格3055型卡式单端面机械密封（集装式），其主要特点如下:
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l 通过自动锁紧环实现精确定心。
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l 可调节式压盖可直接配合常用螺栓使用,集装式结构安装方便。
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本文章来源于:泵阀技术论坛--http://www.lanbeng-pump.net/l 静环和轴套的间隙不在介质侧，保证了静环轴向补偿的灵活性。
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l 弹簧位于辅助密封圈外侧，与介质完全隔开，避免了弹簧的腐蚀和卡涩。
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（2） 改变摩擦副材质，去除密封冲洗
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卡式密封动环和静环材料均采用碳化钨，碳化钨具有极高的强度和硬度，良好的耐磨性和抗腐蚀性，这就使杂质和结晶物难以对其造成损坏，同时碳化钨摩擦副具有优良的导热性，线性膨胀系数很小，使其能够在较高的温度下保持良好的密封性。辅助密封环材质我们选用氟橡胶FPM2461，它耐腐蚀、弹性好，最高工作温度为250℃。
泵阀技术论坛 http://www.lanbeng-pump.net 由于碱液中含有杂质和结晶物,原机封采用的自身反冲洗形式难以达到预期的目的,生产现场又无适合作冲洗液的其它介质。有上述条件作保证，再加上介质工作温度不高（45℃），3055型卡式机械密封在去除自冲洗的条件下，完全可以正常运行，这既能降低冲洗带来的能耗、物耗损失，又能简化机械密封的日常维护。
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E-GA203两台泵自2001年1月开始使用卡式集装式机械密封，从现场情况来看密封效果非常好，运行至今仍没有任何泄漏迹象，使用寿命达到了2年以上。原8B1-P机封每套价格为960元，两年内仅机封备件费就节约1万余元，原设计E-GA203泵冲洗水流量为6L/min，通过去除冲洗水每年节约循环水3000余吨,经济效益是显而易见的。
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４ 结束语
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通过对碱泵机械密封结构的合理选型，结合选用合适的摩擦副、辅助O型圈材质，提高了机械密封的使用性能，使之在去除密封冲洗的条件下，仍能稳定工作。降低了设备维护和维修费用，保证了装置的连续稳定生产。
