氧化铝蒸发工艺中机械密封泵泄漏原因分析及对策

柳 权

（中铝矿业有限公司，河南 郑州 450041）

机械密封泵是蒸发工艺中的关键附属设备之一，其运行的稳定性，直接影响着蒸发器组及整体生产系统的稳定性。随着氧化铝成本竞争力的不断增加，生产工艺流程水平的进一步提升、设备的大型化、节能化需求越来越迫切，蒸发系统中机械泵长周期、无泄漏、高效率运行的要求越来越高。据统计，某氧化铝厂，因泵机封泄漏而导致机组停车占蒸发器非计划停车原因的40%以上，由于设备泄漏，带碱机封水被迫改入系统，导致浓度冲淡；泄露物料导致现场环境恶化，影响员工安全巡检及维护操作；更为重要的是蒸发机组的非划停车导致生产系统的不稳定及生产成本的升高。因此，如何快速解决机封泵泄漏问题，提升蒸发机组运转率是急需解决的问题。

1 机械密封泵泄漏原因分析

1.1 物料的强碱性

蒸发母液主要成分为氢氧化钠、碳酸钠、铝酸钠及少量的固体颗粒，母液经过真空蒸发后，苛性碱浓度最高达到250g/l，介质温度最高158℃，普通机械密封橡胶件在高温、强碱腐蚀情况下，极易造成橡胶圈硬化、断裂并失去弹性，同时，固体颗粒在高速流动的情况下会对机械密封金属材质造成较大冲刷、剥离，导致机械密封失效、泄露。

1.2 物料的强酸性

蒸发器在运行过程中，以碳酸钠、硫酸钠、钠硅渣等形成存在的结疤附着在蒸发器加热管壁上，导致加热管传热效率降低、蒸发产能下降，蒸汽消耗升高。为了提高蒸发器效率，常采用5%～10%稀硫酸+缓蚀剂的方式对蒸发器加热管进行酸洗，周期为25天～30天，酸洗过程中强酸会对机械密封橡胶件、金属材质产生腐蚀作用。

1.3 密封选材不当

因蒸发工艺中工况条件具有强酸、强碱双重强腐蚀的特性，机械密封因选材不当而导致金属材料表面腐蚀，其现象为泄漏、早期磨损、破坏、发声等。另外，金属在腐蚀和应力的共同作用下，首先在薄弱区产生裂缝，进而向纵深发展，产生破裂。

1.4 辅助密封圈及其接触部位的腐蚀

辅助密封圈橡胶种类不同，其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化，导致密封橡胶表面变粗糙且失去弹性，变形，容易断裂。

与辅助密封圈接触部位如机械密封动环、轴套、静环、静环座，与辅助密封圈接触处没有大的相对运动，该处积液相对静止易形成死角，给与之接触的金属轴套、动环、静环座及密封体造成特种腐蚀，主要有缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀，三种腐蚀同时存在，交替进行，产生的腐蚀面较宽、较深。

1.5 机封安装及使用过程中存在问题

通过对机封泵安装过程进行跟踪，发现存在的问题有：O形圈划伤引起的辅助密封泄漏；密封环面不洁净，在上紧压盖前，没有将密封环面擦拭干净就上紧压盖，使密封环面内有杂物存在；弹簧压缩量没有按规定进行，存在过大或过小的现象，压缩量过大增加端面比压，摩擦热量过多，造成密封面热变形和加速端面磨损，压缩量过小动静环端面比压不足，则不能密封。同时，在日常操作维护中发现，在设备运行过程中存在机封水压力波动、流量不足或中断的情况发生，导致密封环面磨损加剧至失效。

2 机械密封泵泄露问题的应对措施

2.1 材质的选型

由于机封泵工作环境存在强碱、高温、强酸以及颗粒物磨损等特点，因此，机械密封及辅助密封圈的选材选型就变得相对复杂，针对存在的问题与厂家技术人员共同对密封泵所需要使用材质的进行分析研究，最终确定：物料中含高硬度颗粒，苛性碱浓度160g/l～250g/l，介质温度65℃～150℃，机械密封密封环采用钴基硬质合金，硬质合金韧性和刚性特别大，而且耐磨性及抗碱性腐蚀较好，能最大限度的减少料浆对其的冲击及腐蚀损害。机械密封的金属材料选用316L;2Cr13，耐碱性腐蚀及抗料浆冲刷。橡胶密封圈采用氟橡胶（氟橡胶具有耐高温、耐油、耐化学腐蚀等优点，在浓硫酸、硝酸、磷酸、烧碱等介质中均能采用，最高使用温度可达250℃），保证辅助密封的可靠性。

2.2 减少酸洗次数

在蒸发机组运行中，通过提效攻关，在蒸发物料中添加化学阻垢剂显著提高了蒸发器运行周期，减少了酸洗次数。蒸发器运行周期从25-30天延长到110-120天。蒸发器运行周期延长后，酸洗周期由原来的1个月/次，延长到3个月/次，随着蒸发器酸洗次数的减少，硫酸对机械密封腐蚀的作用显著减少。

其次，通过实践证明，在机械密封泵进口管道上安装过滤筛箱，避免结疤进入泵腔内，减缓结疤对机械密封泵的冲刷，有利于泵的稳定运行，延长机械密封使用寿命。

2.3 改善机封水质

泵在运行过程中密封水压力波动、流量不足或中断也是导致泵机封密封环面磨损加剧至失效很重要的原因之一。在实际运行中，机封水存在的问题：泵机封用水全部采用生产循环水，此水中含有钙、镁离子以及细微颗粒，导致机封水管在运行一段时间后出现管道内壁结疤、堵塞、出水不畅、水压力变小等现象。

针对存在问题，对机封水流程进行优化改造，具体实施措施：安装换热板式，将水质较好的70℃蒸发合格水降温至35℃～40℃，同时安装循环泵、水箱、进出水管路及其他附属设备，构成机封水自循环流程。流程改造运行6个月后，仍可以达到供水压力稳定、密封水管内壁干净、无结疤的良好效果。

2.4 提高机封泵安装质量

（1）首先对旋转轴、密封腔体进行清洁。

（2）对机械密封装置中所有安装O形圈处抹润滑油或肥皂液，以便于机械密封的顺利安装。

（3）安装过程中保持机械密封装置清洁，特别是密封面和辅助密封圈表面应无杂质、灰尘，不允许用不清洁的布及其它物品擦拭密封面。

（4）安装中严禁碰撞、野蛮敲打密封元件，以防止密封件损坏，摩擦副表面应保持清洁不涂任何油。

（5）机械密封安装完成后，用手转动回转轴，检查静环、压盖与轴套之间和旋转件与密封腔之间有无摩擦，泵轴转动一周应用力均匀。如转不动或转一周局部用力很大，则应检查密封是否存在安装问题，必要时应拆泵查找问题，解决后重装。

2.5 机封泵操作维护注意事项

（1）泵启动前3～5分钟打开机封水系统，并调节阀门使机封水压力略高于泵腔压力。

（2）密封位置应始终保持充满液体态，尽量避免抽空现象。

（3）缓慢转动泵轴，观察密封有无泄漏。如果出现较大的泄漏，则可能存在密封安装或其他问题，应拆开密封仔细查找原因，排除问题后重装。

（4）设备初始运行时要随时检查设备有无异响和发热,无以上现象即可连续运行,但需对机械密封的运行情况及时进行监控，发现异常及时处理。

（5）启动泵初期，可能存在微小渗漏，但渗漏逐渐减少则可正常使用，而渗漏不断增加则说明有安装错误或密封有问题，应停止运行，拆泵查找原因，重新装配密封。

（6）在密封运行期间应注意以下问题，以保证密封的寿命：避免介质压力波动；避免频繁开停车；避免干摩擦现象；避免机封水中断或流量不足；避免机封水压力低于泵内压力；定期检查密封辅助系统工作是否正常。

3 结论

通过生产厂家对机械密封及辅助密封圈材质进行重新选型、提高产品质量，以及从工艺方面减少酸洗次数、改善机封水质，提高机封安装质量，加强机封泵的操作维护等措施，机械密封泵寿命得到大幅度提高，其中，蒸发器1-3效机封使用周期由原来的1-3个月延长至6个月以上，4-6效及其他附属泵类设备机封最长达到10个月以上。设备稳定运行后，操作及检修人员的劳动强度大幅降低，蒸发器系统得以稳定运行，为生产成本的降低奠定了良好基础。本文所采用的延长机械密封泵寿命的经验和做法均来自于生产实践，可以在其他工序和同行业进行推广和应用。