離心泵機(jī)械密封的故障分析及對(duì)策

徐帥(中國石油西部管道新疆分公司)

從1885年英國第一個(gè)端面密封專利的問世，到2000年非接觸式機(jī)械密封的產(chǎn)生，機(jī)械密封越來越廣泛的運(yùn)用于泵的端面密封。與傳統(tǒng)的填料密封相比，機(jī)械密封具有密封性能好，壽命長(zhǎng)，承受壓力大，減少能源損耗和環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械密封目前廣泛應(yīng)用與國內(nèi)輸油站場(chǎng)機(jī)泵，研究機(jī)封結(jié)構(gòu)，分析故障原理和處理辦法，對(duì)掌握基本運(yùn)行情況、提升設(shè)備管理水平有重要意義。

一、機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)和作用原理

1.機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封又叫端面密封，是指有至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

機(jī)械密封的構(gòu)成如圖1所示。

2.機(jī)械密封的作用原理

如圖1所示，機(jī)械密封的工作過程是軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過傳動(dòng)座（6）和推環(huán)（4），帶動(dòng)動(dòng)環(huán)（2）旋轉(zhuǎn)，靜環(huán)（1）固定不動(dòng)，依靠介質(zhì)壓力和彈簧力使動(dòng)靜環(huán)之間的密封端面緊密貼合，在貼合面形成一層極薄的液體膜，阻止介質(zhì)泄漏。摩擦副表面磨損后，在彈簧（5）的推動(dòng)下實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。為了防止介質(zhì)通過動(dòng)環(huán)與軸之間泄漏，裝有動(dòng)環(huán)密封圈（3）。靜環(huán)密封圈（7）阻止介質(zhì)沿靜環(huán)和壓蓋（8）之間泄漏。

3.機(jī)械密封的輔助設(shè)施

機(jī)械密封輔助設(shè)施是許多元件的統(tǒng)稱，它的作用是可以改善機(jī)械密封的工作環(huán)境，提高密封效果。包括過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、各種檢測(cè)儀表及機(jī)械密封沖洗管路等。在實(shí)際的應(yīng)用中，根據(jù)具體的情況來選擇相應(yīng)的設(shè)施。

在所有的輔助設(shè)施中，最主要的是沖洗設(shè)施。對(duì)于沖洗液的過濾和分離，通常選用的是過濾器和旋液分離器。鄯善站和烏首站用的是旋液分離器。其工作原理是，含雜質(zhì)的介質(zhì)沿分離器切線方向進(jìn)入，以一定的速度沿分離器旋轉(zhuǎn)，利用固體顆粒和液體的比重差，潔凈的液體從分離器頂部流出，去沖洗密封，含雜質(zhì)的液體從底部流回泵的入口。

二、常見的機(jī)械密封的故障及分析

所謂故障是指設(shè)備或零件喪失了其所要求的規(guī)定的性能和狀態(tài)。故障分析主要是通過診斷（經(jīng)驗(yàn)和檢測(cè)）來確定故障的部位，在經(jīng)過調(diào)整或修換進(jìn)行排除。正確的診斷是預(yù)防和排除故障的基礎(chǔ)。在診斷的過程中應(yīng)注意注意一下的信息：1.外部征兆；2.拆卸前的檢查結(jié)果；3.拆卸后的檢查結(jié)果；4.對(duì)機(jī)械密封各個(gè)元件的目測(cè)結(jié)果。

一般的故障診斷過程大體可以分為四個(gè)步驟。

對(duì)于機(jī)械密封而言，常見的故障有：1.泵運(yùn)行時(shí)密封泄漏；2.密封面穩(wěn)定滴漏；3.工作時(shí)密封尖叫；4.密封面外側(cè)或壓蓋外側(cè)有石墨環(huán)粉塵積聚；5.密封面磨損嚴(yán)重，密封副壽命短。

對(duì)機(jī)械密封的泄漏進(jìn)行分析，首先應(yīng)明確機(jī)械密封的泄漏點(diǎn)。一般來說，機(jī)械密封的泄漏點(diǎn)主要有：1.軸套與軸之間的密封；2.動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封；3.端蓋與泵體間的泄漏點(diǎn)比較容易發(fā)現(xiàn)和解決。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷，須在長(zhǎng)期的管理、維修實(shí)踐的基礎(chǔ)上，對(duì)泄漏癥狀進(jìn)行觀察、分析、判斷，才能得出正確的結(jié)論。

試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的泄漏，泵用機(jī)械密封經(jīng)過靜試后,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,會(huì)抑制介質(zhì)的泄漏。因此,試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)械密封泄漏在排除軸間及端蓋密封失效后,基本上都是由于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有:(1)操作中,因抽空、氣蝕、憋壓等異常現(xiàn)象,引起較大的軸向力,使動(dòng)、靜環(huán)接觸面分離;(2)安裝機(jī)械密封時(shí)壓縮量過大,導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)重磨損、擦傷;(3)動(dòng)環(huán)密封圈過緊,彈簧無法調(diào)整動(dòng)環(huán)的軸向浮動(dòng)量;(4)靜環(huán)密封圈過松,當(dāng)動(dòng)環(huán)軸向浮動(dòng)時(shí),靜環(huán)脫離靜環(huán)座;(5)工作介質(zhì)中有顆粒狀物質(zhì),運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)入摩擦副,擦傷動(dòng)、靜環(huán)密封端面;上述現(xiàn)象在試運(yùn)轉(zhuǎn)中經(jīng)常出現(xiàn),有時(shí)可以通過適當(dāng)調(diào)整靜環(huán)座等予以消除,但多數(shù)需要重新拆裝,更換密封。

正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏，離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏,少數(shù)是因正常磨損或已達(dá)到使用壽命,而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護(hù)不當(dāng)引起的。主要有：(1)抽空、氣蝕或較長(zhǎng)時(shí)間憋壓,導(dǎo)致密封破壞;(2)對(duì)泵實(shí)際輸出量偏小,大量介質(zhì)泵內(nèi)循環(huán),熱量積聚,引起介質(zhì)氣化,導(dǎo)致密封失效;(3)對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn),重新起動(dòng)時(shí)沒有手動(dòng)盤車,摩擦副因粘連而扯壞密封面;(4)環(huán)境溫度急劇變化;(5)工況頻繁變化或調(diào)整;(6)突然停電或故障停機(jī)等。離心泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄漏,如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn),往往會(huì)釀成較大事故或損失。

密封面穩(wěn)定滴漏，如果可能應(yīng)首先確定泄漏源。檢查壓蓋墊片壓縮量是否合適；有可能是密封面不平直，壓蓋螺栓上的不均勻，靜環(huán)表面翹曲；安裝時(shí)密封面就有開裂、凹口、凸點(diǎn)或者劃痕等；也有可能是軸套處液體泄漏，泄漏嚴(yán)重時(shí)通常是密封面而不是O型圈泄漏。典型的糾正措施有：1.檢查安裝是否正確（安裝長(zhǎng)度、壓蓋墊圈壓縮量、壓蓋螺栓等）；2.檢查所用密封或者材料是否合適；3.清除密封面上的雜質(zhì)；4.檢查是否有損壞的零件（各種輔助密封、彈簧等）；5.檢查機(jī)泵是否對(duì)中；6.改進(jìn)沖洗和冷卻系統(tǒng)。

工作時(shí)密封尖叫，可能是密封面得潤滑不足。此時(shí)應(yīng)該檢查機(jī)械密封沖洗管路是否堵塞，管路上的壓差表讀數(shù)是否偏大，是否有報(bào)警。如果確定管路不通暢，則須清洗該段管路，確保管路的暢通。

密封面外側(cè)或壓蓋外側(cè)有石墨環(huán)粉塵積聚，可能是密封面潤滑液量不足或密封面間液膜汽化；還可能是潤滑液中有殘?jiān)?，將碳石墨環(huán)磨掉。

密封面磨損嚴(yán)重，密封壽命短，可能是流體中含有磨粒，造成劇烈磨損，破換了密封面，縮短了機(jī)械密封的壽命。

結(jié)合西部成品油管道烏首站投產(chǎn)期間機(jī)械密封的工作狀況，具體分析機(jī)械密封的失效。在烏首站投產(chǎn)期間，共有14套機(jī)械密封失效。發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致14套機(jī)械密封失效的原因包括以下四方面因素：1.在投產(chǎn)初期，輸送的介質(zhì)比較臟，含有大量的泥砂，超出了旋液分離器的工作能力，大量雜質(zhì)不能完全過濾，部分泥砂堆積在機(jī)械密封動(dòng)環(huán)內(nèi)部，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中被掛起，失去補(bǔ)償能力，造成密封面分離，機(jī)械密封失效，此原因有3套機(jī)械密封失效泄漏；2.傳動(dòng)套頂絲松動(dòng)，導(dǎo)致軸套、傳動(dòng)套、動(dòng)環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生O型擋環(huán)嚴(yán)重磨損，使動(dòng)環(huán)下的O型輔助密封圈磨損，造成機(jī)械密封失效，此原因有2套機(jī)械密封失效泄漏；3.輸油泵振動(dòng)和軸竄量較大等原因，主要是泵機(jī)組在精找水平和對(duì)中時(shí)，對(duì)介質(zhì)溫度、電源質(zhì)量未充分考慮，導(dǎo)致傳動(dòng)套與動(dòng)環(huán)石墨環(huán)碰撞致使石墨環(huán)損壞，造成機(jī)械密封失效，此原因有2套機(jī)械密封失效泄漏；4.機(jī)械密封沖洗管中含有氣體，造成密封溫度升高，使密封端面間液膜汽化磨損加劇，動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生熱變形，泄漏增大，引起密封失效，此原因有7套機(jī)械密封失效泄漏。對(duì)于第一種情況，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，管道清管次數(shù)的增加，油品質(zhì)量提高，問題已解決；第二種情況屬于設(shè)備本身的設(shè)計(jì)缺陷，廠家改進(jìn)后頂絲已緊固；第三種情況對(duì)泵重新進(jìn)行精確對(duì)中，減小泵的震動(dòng)。第四種情況在起泵前對(duì)泵進(jìn)行充分排氣，改進(jìn)機(jī)械密封的沖洗管路，問題也得到了較好的解決。

三、機(jī)械密封的改進(jìn)方法

機(jī)械密封的改進(jìn)主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，一是改進(jìn)密封結(jié)構(gòu)和材料，使其能更好的適應(yīng)工作環(huán)境，但這樣做花費(fèi)代價(jià)較高，盡管如此，仍不能重根本上解決問題。最常用的方法是改進(jìn)機(jī)械密封的輔助設(shè)施，改善密封的工作環(huán)境。

改進(jìn)機(jī)械密封的輔助設(shè)施，改善密封的工作環(huán)境。主要是要根據(jù)輸送介質(zhì)的特性，密封熱平衡等來具體確定沖洗管路的工作，比如沖洗流量，沖洗液的壓力等。