氧化铝生产企业机械密封应用的探讨
【摘 要】氧化铝是我国工业制造不可缺少的重要生产原料，在氧化铝生产中，根据选矿拜耳法氧化铝法生产的工艺流程，建议企业尽可能的采用双端面机械密封取代单端面机械密封，可以提高机械密封使用寿命，使密封寿命周期与泵周期相同； 此外，还应根据自身生产使用工况由专业的密封生产厂设计密封，同时泵厂也应依据标准设计相应密封腔体流程，通过逐步的推进，减少泵的种类和密封的种类，既可以减低购买生产配件的成本，又提高机械密封的寿命。
关键词:氧化铝生产，机械密封，应用
氧化铝是我国工业制造不可缺少的重要生产原料，据中国有色金属工业协会统计2010年上半年全国氧化铝产量累计为3000万吨。目前我国的氧化铝生产企业主要采用烧结法和选矿拜耳法进行氧化铝生产。在选矿拜耳法生产工艺流程中，输送物料多以固体与液体状态混合状态存在，通过溶液泵、渣浆泵驱动实现各个工序间物料的流动，由于生产物料常含高硬度颗粒、且物料高温后呈液态，温度降低又呈变为固态，极易使机械密封失效，鉴于溶液泵、渣浆泵的密封中机械密封占90%，所以机械密封失效则会引起生产设备运行障碍，造成生产损失。因此，如何提高机械密封在氧化铝生产中的使用期限、降低成本是生产企业面临-的重要问题，本文通过对氧化铝生产中机械密封的使用问题加以论述，旨在提高机械密封使用寿命，使密封寿命周期与泵周期相同，降低生产成本。
在选矿拜耳法氧化铝生产过程中，与机械密封相关的主要工序有供矿、磨机、浮选、分解、溶出等在生产过程中，输送的物料主要为渣浆，在设备使用过程中总会有微量的渣浆进入密封端面或间隙，造成密封端面磨损，阻塞动环，导致密封动换环不能补偿泵的窜动，引起密封泄漏；此外，微量的渣浆也会造成凝固弹簧，如果动环无力贴合则会形成密封泄漏。根据氧化铝生产用渣浆泵的单端面及双端面机械密封的结构和工作原理，作者认为采用双端面密封取代单端密封可有效减少渣浆进入密封，降低泄漏，降低生产成本。
目前氧化铝用渣浆泵上所用机械密封中，单端面机械密封所占比重较大，我们企业使用的单端面机械密封只有一对密封副，其结构形式有B17
2、B173两种。B172型（图1所示）采用隔膜保护弹簧，避免弹簧因高温和腐蚀失效，以提高机械密封的使用寿命，此型密封可用低压外接水冷方式进行冷却、冲洗，由于隔膜随动环传动，当物料为重颗粒工况时，容易磨坏隔膜，造成弹簧阻塞，密封失效。B173型（图2所示）机械密封为单端面、大弹簧、非平衡型、静环补偿，是目前在渣浆泵类机械密封中使用非常普遍的一种结构形式，主要用于无外接冲洗条件下的工况，该密封弹簧外置，泄漏的颗粒不会对密封弹簧造成的影响，但不适应物料温度过高的场合。认为，在氧化铝生产中，根据工艺流程的不同阶段，选用不同的机械密封结构形式和不同的辅助密封形状和与物料相符的材质，能够取得好的密封效果。但生产实践中，我们发现单端面机械密封易失效、泄漏，通过对受损的机械密封进行剖析，作者发现，密封失效的主要原因有：（1）泄漏介质在密封圈处形成介质的沉淀堆积，影响密封圈的密封效果，同时影响补偿环的追随性。（2）由于高压的腔体压力不断地驱使介质穿过密
封副的贴合端面，一旦有小颗粒进入并撑开端面，就不断地有更多地颗粒进入端面，造成端面的磨损和失效。为了避免单端面机械密封易失效、泄漏的问题，作者建议尽可能的考虑更多采用双端面机械密封，双端面机械密封是在单端面密封的基础上增加一对密封副来密封，
图1 B172型机械密封 图2 B173型机械密封冷却水
双端面机械密封在工作中，须在密封腔内注入封液，封液既能起到冷却润滑作用，又可以起到封堵作用。根据不同的使用条件，双端机械密封有BB型和UB型。BB型（图3所示）的双端面机械密封由于外端机械封采用的是外装式，优点：弹簧外置，不会与介质过多的接触，但如果封液压力太高，也会使外端密封打开，介质泄漏。同时，如果介质压力远高于封液压力，渣浆介质也会由于压差被压入密封端面，使密封端面磨损造成寿命缩短。UB型（图4所示）的双端面机械密封，其双端均为内装式机械密封，封液冷却密封端面，当封液压力高于介质压力0.3MPa以上时，由于压差的作用，封液穿过并润滑密封端面同时又封堵介质进入的密封端面，使用寿命相应延长。一般认为，只要控制好封液压力，就可以减少双端集装式的内、外漏量，即使密封的物料泄漏到密封腔体的高压水中，由于是封闭的循环系统，泄漏的物料也容易回收和处理，减少物料泄漏对环境的影响。
图3 BB型的双端面机械密封 图4 UB型的双端面机械密封
经过使用寿命统计，加压的双端面机械密封的使用寿命超过单端机械密封寿命的3倍以上。虽然，双端面机械密封的冷却水系统须单独设计，初装成本高，其价格较单面机械密封采购价格高2倍左右。但单端机械密封因寿命短，多次安装造成的停车、停产，多次更换零
部件及安装的费用，以及物料泄漏对环境的污染等长远问题。如果综合考虑用双端机械密封取代单端机械密封不仅寿命长，运行成本也较低。
在我们的企业生产中，除了上述影响机械密封使用寿命、造成泄漏外，还存在一些导致密封泄漏的因素，由于需采购泵和密封件的类型、型号众多，特别是密封件彼此不能替代的问题，如果仅按常规而不针对行业性制造件进行盲目采购，常造成密封配件与泵不相匹配，使采购的密封件废弃堆积或寿命减少，影响生产运行，致使生产成本提高。面对这些问题我们发现：有些泵厂在设计泵时，没有考虑到铝行业的特点，只按常规的工况进行设计，选择的密封腔以及护板与叶轮之间的间隙过小，造成密封摩擦热的带出，同时造成泵停止运转后，物料在密封及腔体内沉积，密封寿命减短；有些密封厂家提供的产品在设计细节处，没有注意到如表面粗造度、倒角角度等，造成介质的聚集，摩擦表面磨损严重的问题，也导致密封寿命的缩短。因此，建议企业应根据自身生产使用工况由专业的密封生产厂设计密封，再请泵厂按标准设计相应密封腔体流程，通过逐步的推进，减少泵的种类和密封的种类，既可以减低购买生产配件的成本，又提高机械密封的寿命。图5为我们公司目前使用渣浆泵的结构图，由图可以看出，机械密封的腔体与泵壳是通过螺纹连接的分离部件，也就是说，通过选择不同相同的机械密封腔体，进而配套相同型号的密封。因此，我们可以用这种方法来统一溶液泵或渣浆泵使用密封型号，简化密封种类。这种设想仅需通过与泵厂的协商就能实现。
图5 渣浆泵的结构图
综上所述， 选矿拜耳法氧化铝法生产的工艺流程，采用双端面机械密封取代单端面机械密封，可以提高机械密封使用寿命，使密封寿命周期与泵周期相同； 此外，还应根据自身生产使用工况由专业的密封生产厂设计密封，同时泵厂也应依据标准设计相应密封腔体流程，通过逐步的推进，减少泵的种类和密封的种类，既可以减低购买生产配件的成本，又提高机械密封的寿命。
1、《泵用机械密封的基本原理》 真空技术网 时间:2008-12-15 来源:石家庄工业泵厂
编辑:崔要欣
