某石化公司乙烯配套裝置采用國外主流工藝包，生產(chǎn)大宗化學(xué)商品，是國內(nèi)生產(chǎn)該化學(xué)品的主要生產(chǎn)基地。真空泵選用的是德國進(jìn)口真空泵，兩側(cè)均采用單列深溝球軸承。介質(zhì)：少量輕組分有機(jī)物+水蒸汽+空氣，真空度：0.3066/1.16bar，流量：65.8/98.7kg/h，吸入壓力：0.031MPa(A)，排出壓力：0.16MPa(A)，工作液溫度要求低于25℃，工作液冷卻溫度要求-8℃。
進(jìn)口液環(huán)真空泵與其它類型機(jī)械真空泵相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(見圖1)：結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便;可靠性高，一般三年換一次機(jī)械密封;制造精度要求較低，一般機(jī)械廠即可加工泵配件;結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小;泵的轉(zhuǎn)數(shù)較高，一般可與電動機(jī)通過膜片聯(lián)軸器直聯(lián)，無需減速裝置;結(jié)構(gòu)尺寸較小，可獲得較大的排氣量，占地面積比其他機(jī)械真空泵小很多;抽送(壓縮)氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度基本無變化，故可以抽除易燃、易爆的氣體或汽液混合物，多用于石油、石化等易燃易爆危險場所。由于泵腔內(nèi)無金屬直接接觸的磨擦表面，轉(zhuǎn)子和定子之間存在間隙，正常運(yùn)行無磨損，無須對泵內(nèi)轉(zhuǎn)子和定子進(jìn)行潤滑。轉(zhuǎn)子和定子之間的密封可由機(jī)械密封來完成，載荷低且無軸向力，機(jī)械密封運(yùn)行周期較長，正常運(yùn)行可達(dá)三年以上(API標(biāo)準(zhǔn));吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單。
1 故障現(xiàn)象
P-502工藝流程：將進(jìn)口真空泵塔抽真空，以滿足進(jìn)口真空泵非驅(qū)動端機(jī)封滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)機(jī)封石墨動環(huán)摩擦副窄面有兩處磨損(見圖3)，密封圈、彈簧座等其他部件均完好，當(dāng)日更換機(jī)封一套，軸承一套，投入運(yùn)行。同時通知廠家對機(jī)封進(jìn)行改進(jìn)，要求對機(jī)封動靜環(huán)材質(zhì)進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整端面比壓，增設(shè)端蓋密封墊。
同年，進(jìn)口真空泵非驅(qū)動端機(jī)封再次出現(xiàn)滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)，仍是機(jī)封石墨動環(huán)摩擦副窄面有多處磨損(見圖4)，其他部件均完好，當(dāng)日更換機(jī)封一套，投入運(yùn)行。改進(jìn)后的機(jī)封送至裝置，廠家只對石墨動環(huán)材質(zhì)進(jìn)行升級，由原國產(chǎn)M158石墨改為進(jìn)口石墨。隨后，進(jìn)口真空泵非驅(qū)動端機(jī)封再次出現(xiàn)滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)，機(jī)封石墨動環(huán)摩擦副窄面整個圓周外邊磨損(見圖5)，軸承箱有輕微磨損(見圖6)，其他部件均完好，當(dāng)日對軸承支架進(jìn)行噴涂，更換改進(jìn)后的機(jī)封一套，軸承一套，投入運(yùn)行。接著，進(jìn)口真空泵非驅(qū)動端機(jī)封再次出現(xiàn)滴漏，請示上級后，決定對機(jī)泵整體拆檢，對泵軸進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)該泵軸機(jī)封處徑向跳動為 0.15mm，超過機(jī)封允許值0.05mm。機(jī)封石墨動環(huán)摩擦副窄面仍有多處磨損，其他部件均完好，當(dāng)日更換泵軸一根，兩側(cè)機(jī)封兩套，軸承兩套，回裝完畢后，進(jìn)行加水試漏，未發(fā)現(xiàn)泄漏。 2016年6月23日，對進(jìn)口真空泵進(jìn)行現(xiàn)場安裝調(diào)試，14:30進(jìn)行充水試漏，驅(qū)動端機(jī)封泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)靜環(huán)O圈尺寸偏小(見圖7 )，靜環(huán)容易脫落，處理后進(jìn)行回裝。15:40再次充水試漏，仍然是驅(qū)動端機(jī)封泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)機(jī)封壓蓋裝配未到位，現(xiàn)場加工壓蓋墊片，于18:30充水試漏，19:30啟泵，運(yùn)行正常。
2 原因分析
2.1 機(jī)械密封本體
機(jī)械密封失效首先要分析集裝機(jī)械密封自身是否存在問題。在拆件機(jī)械密封后，發(fā)現(xiàn)機(jī)封質(zhì)量和結(jié)構(gòu)存在問題，動環(huán)石墨等級不夠，受到輕微沖擊容易磨損;O型圈尺寸偏小，靜環(huán)容易脫落，軸向約束不夠;機(jī)封壓蓋無墊片，密封效果不好。
但在解決上述問題后，機(jī)械密封依然存在頻繁失效，因此機(jī)封質(zhì)量和結(jié)構(gòu)不是機(jī)械密封失效的主要問題。
2.2 葉輪汽蝕
從進(jìn)口真空泵機(jī)械密封失效的統(tǒng)計記錄進(jìn)行分析，汽蝕是造成真空泵轉(zhuǎn)子和固定件嚴(yán)重磨損和機(jī)械密封損壞的主要原因。進(jìn)口真空泵工作時，若泵內(nèi)局部區(qū)域的壓力降低到液體相應(yīng)溫度的飽和蒸汽壓力以下，則液體發(fā)生汽化，產(chǎn)生氣泡。氣泡隨著液體的流動，這些氣泡被帶到高壓區(qū)。在高壓下，氣泡突然破裂，蒸汽重新凝結(jié)，出現(xiàn)空穴。這時，四周的水高速流向空穴，形成局部高頻水錘，其頻率可高達(dá)上萬赫茲，局部壓力可高達(dá)幾千兆帕，導(dǎo)致金屬表面受到破壞，并出現(xiàn)振動和噪音。
進(jìn)口真空泵工作時，由于操作錯誤，突然關(guān)閉或開啟閥門，造成液體流動速度急劇改變或是進(jìn)口真空泵運(yùn)行時工作液體溫度上升(高于25℃)，引起泵內(nèi)壓力的方向和大小發(fā)生周期性、急劇的變化，產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，使金屬表面損壞或者造成動靜部件之間非正常磨損。液環(huán)真空泵葉輪汽蝕后，如果巡檢發(fā)現(xiàn)不及時，很可能造成葉輪破壞，就會磨損其兩側(cè)的分配隔板，產(chǎn)生泵體振動和過熱現(xiàn)象，對泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅;使葉輪的平衡受到破壞，由于液環(huán)真空泵電機(jī)軸承和泵軸承均不帶止推功能，不能平衡軸向力，軸承工作條件將惡化，從而造成軸承溫度升高，軸承失效，振動和噪聲增大，甚至?xí)档捅没A(chǔ)的堅固性和穩(wěn)定性，使事故擴(kuò)大;此外，進(jìn)口真空泵葉輪汽蝕，形成大面積的蜂窩、點(diǎn)蝕，會使真空泵的揚(yáng)程降低，機(jī)泵性能惡化。從現(xiàn)場運(yùn)行情況以及頻繁失效后泵的運(yùn)行情況來看，機(jī)械密封失效并非由于葉輪汽蝕。
2.3 泵件磨損
將泵體拆開后發(fā)現(xiàn)一級葉輪、二級葉輪軸向以及圓周均未出現(xiàn)磨損;相應(yīng)的泵體端蓋以及泵隔板均未出現(xiàn)磨損。兩級葉輪之間的定距套，經(jīng)查尺寸未與圖紙出現(xiàn)較大偏差。因此將轉(zhuǎn)子送廠家進(jìn)行動平衡校核和轉(zhuǎn)子跳動檢查。泵軸彎曲變形，機(jī)封處徑向跳動為0.15mm，超過機(jī)封允許值0.05mm(見圖8)，使機(jī)封小振幅機(jī)械拍擊，并且形成周期性軸向沖擊載荷，更換新機(jī)械密封一周后石墨動環(huán)逐漸磨損。
3 結(jié)語
真空泵設(shè)備的工作系統(tǒng)較為復(fù)雜不但涉及泵和機(jī)械密封自身的質(zhì)量，還涉及工藝系統(tǒng)、運(yùn)行操作、真空泵維修質(zhì)量。我們不但要加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)，提高專業(yè)技術(shù)水平，認(rèn)真研究備件結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，重新進(jìn)行設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量達(dá)標(biāo)，并在短期內(nèi)進(jìn)行儲備;還要加大設(shè)備故障原因的分析力度，針對每一起故障，深入研究分析，找到問題的真正原因，采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，確保故障一次性消除;更要加強(qiáng)維修技術(shù)水平，通過查找規(guī)范、設(shè)備說明書等資料，不斷完善維修規(guī)程，使其具有實(shí)際性的指導(dǎo)，確保安裝尺寸和質(zhì)量;加強(qiáng)設(shè)備維修組織和監(jiān)督，提升真空泵維修技術(shù)水平，加強(qiáng)保全工的管理，提出明確的維修要求，維修全程跟蹤監(jiān)督，確保真空泵維修質(zhì)量和效率;加大設(shè)備日常巡檢力度，提前發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)行計劃維修和預(yù)知性維修，提升設(shè)備管理水平，減少真空泵故障維修。