摘 要：针对 H W F 型离心泵在硝酸铵系统中应用出现的泄漏状况进行分析研究，提出使用新型机械密封的可行性分析，解决化工生产中出现的跑冒滴漏状况，实现无泄露生产。
关键词：离心泵;密封;失效分析
1 引言
某硝酸铵系统用 HWF 型离心泵在实际运行中，频繁发生泄漏，密封在安装运行开始微漏,几天内泄漏量增大， 进而造成泵无法继续使用。 严重影响了装置的环保达标和长期稳定运行。
2 基本情况
该泵为 H W F 型无泄漏耐腐蚀离心泵，是一种单级、 单吸离心泵， 液体流向是从水平径向吸入， 垂直吐出， 主要技术参数如下表：
介质成份: 不含颗粒杂质 9 1 % ~ 9 3 %的N H4 N O 3 液体;
介质温度 1 4 0℃流量 25m 3/ h ,扬程 3 2 m电机转数 2900r/m;
至高工作压力 1 . 6 M P a 。封形式， 检查失效后的石墨四氟盘根密封， 发现其损坏情况如下：
(1)盘根轴向尺寸被压缩很大;
(2)与轴套接触处有环状磨损痕迹;
(3)四氟盘根有断裂损毁情况， 接头处破损变形。
3 失效分析
填料密封是传统的接触式密封，密封性能较差，轴不允许较大径向跳动，功耗大，易磨损轴，密封使用寿命短。 因密封面较长， 摩擦面积大，发热量大，功耗大，如果散热不良，易加快填料和轴表面的磨损， 故为了增加密封寿命，允许一定泄漏量， 以保证摩擦面上的冷却与润滑。(泄漏量允许值 1~6 滴 / 秒)
填料受到压盖轴向压紧后， 填料即行压缩而向内端移动。填料受力有：轴向压紧应力Px和 D Px， 径向压紧应力 Py和摩擦力 F1 、F2 。力的平衡方程式为：
由公式(2)可知，轴向压紧力与介质压力大小成正比，且与填料的摩擦系数、侧压系数、填料长度、厚度有关，为使密封效果良好，填料的摩擦系数应小，侧压系数大，填料长度可小，厚度(径向厚度)大，并要求压紧力小。
填料函长度 L=40mm,选用的四氟盘根需要3 个才能充满填料函,且有部分超出。径向厚度为 10mm。膨胀石墨侧压系数K=0.28~0.54，浸润滑脂的填料 K=0.6~0.8
成型填料的运动摩阻及启动摩阻随介质压力增高而直线上升， 也随预压缩率增高而上升。运动摩阻对轴杆运动速度不敏感，而启动摩阻随轴杆运动增高而下降， 随着停车时间越长，运动摩阻变化不大，而启动摩阻将上升数倍(对挤压型密封尤其显著， O 型圈就是典型的挤压型密封)，也受介质润滑性影响。
石墨主要组成为碳， 其化学特性呈惰性，除强氧化剂外， 几乎对一切无机及有机介质均耐腐蚀。 硝酸铵为强氧化剂，故此处选择石墨四氟盘根不适宜，加剧了密封的失效。另由于该泵处于生产系统起始端，且高浓度硝铵溶液易结快，一停泵如若不使用高温蒸汽吹除，泵体内部将会产生大量结晶块， 造成泵的失效。而由于填料密封的固有特性，启动摩阻将成倍上升，从而轴向压紧力降低，造成密封泄漏量增加， 启停多次，并带压高温蒸汽吹除，进一步增大泄漏， 终是导致石墨四氟盘根密封彻底失效。
后改用聚四氟乙烯盘根密封，同样由于填料密封的问题，使用效果也不理想，泄漏问题仍然很严重。
4 改进措施
根据填料密封的固有失效原因， 我们考虑更换密封形式为集装式机械密封，从以下几个方面进行了技术改造探讨：
(1)改变密封结构形式
由于介质是无杂质的硝铵溶液，从密封结构上来看采用静环补偿比动环补偿更为适合，冷却可采用静环背冷结构，可解决普通机封带水冷却影响介质浓度的问题。根据该泵的具体工况条件，我们选用了集装式单端面机械密封，其结构特点如下：
集装式结构，安装没有认为误差;全部O型圈或固定不动或在非金属、不磨损表面上移动; 摩擦副密封接触面与轴精确垂直;整体式传动销没有脱落的危险; 接触面采用液压平衡原理，摩擦生热少; 冲洗接口(可选) 可以 3 6 0 。转动，易于接管; 可调节压盖，无需改动就可配合常用的螺栓布局。
通过自动锁紧环实现精确定心，定心箍使安装和日常维护变得极为方便，维修时只需更换备件包(包括动、 静环、 O 型圈、弹簧等)金属部件不需要更换，大限度降低维修费用。
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。弹簧位于辅助密封圈外侧与介质完全隔开，避免弹簧的腐蚀和卡涩。
(2)改变摩擦副材质，去除密封冲洗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，这就使其难以造成损坏，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，至高工作温度为 260℃。
我们选用的这款集装式单端面机械密封在无自冲洗的条件下， 完全可以正常运行， 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 。
5 结语
通过对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。降低了设备维护和维修费用，保证了装置的连续稳定生产 。
【参考文献】
[1] 胡国桢.化工密封技术[M].北京.化学工业出版社,1994.
[2] 邵泽波.化工机械及设备.北京.化学工业出版社,2002.
[3] 马长福.实用密封技术问答.北京.金盾出版社,1995.
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