公用工程水汽裝置二化污P-03#泵機(jī)械密封失效分析

葉永青，李來軍

（蘭州石化維達(dá)公司，甘肅蘭州 730060）

公用工程水汽裝置二化污P-03#泵機(jī)械密封失效分析

葉永青，李來軍

（蘭州石化維達(dá)公司，甘肅蘭州 730060）

石化廠水汽裝置二化污P-03#泵是二化污的關(guān)鍵設(shè)備之一，P-03#泵原來采用單端面大彈簧非平衡機(jī)械密封，自P-03#泵投入運(yùn)行轉(zhuǎn)以來，運(yùn)行周期短，機(jī)械密封頻繁發(fā)生泄漏，機(jī)械密封失效頻率較高。

污水；機(jī)械密封；端面受力；失效；措施

1 機(jī)械密封原理

機(jī)械密封的使用性能主要取決于由兩密封端面構(gòu)成的主密封，密封的端面是由一層極薄的流體來潤滑，以保證其正常工作，而這又取決于端面的摩擦狀態(tài)。因此，機(jī)械密封要保持良好的密封性能和長久的使用壽命，須分析研究端面間液膜壓力的分布，以便能夠選擇合理的機(jī)械密封形式。

在正常設(shè)計(jì)工況下使用機(jī)械密封，其動(dòng)環(huán)受到介質(zhì)與彈簧力合力的壓緊，壓緊力的大小對機(jī)械密封使用壽命有很大的影響。因此，對動(dòng)環(huán)進(jìn)行受力分析能夠?yàn)檎_選型提供依據(jù)。

動(dòng)環(huán)受力可以[1]表示為：

式中：F彈彈簧力，N；p彈為彈簧比壓，MPa；F介為介質(zhì)作用在動(dòng)環(huán)上的力，N；p介為密封介質(zhì)壓力，MPa。D2為動(dòng)環(huán)與靜環(huán)接觸的有效直徑；D1為靜環(huán)的直徑；D0為動(dòng)環(huán)的直徑。

當(dāng)軸徑為50～150mm時(shí)，計(jì)算得反壓系數(shù)（γ）為介質(zhì)壓力的0.4～0.6倍，一般當(dāng)軸徑在該范圍內(nèi)時(shí)，選擇反壓系數(shù)為0.5。而該泵軸徑為65mm，故取端面間液面反壓系數(shù)為0.5，由此可得推開力（R）為：

端面比壓不易晴過大，也不易過小。若端面比壓不能小于端面間液膜的反壓力，即P比正值，否則密封會(huì)被打開，從而使密封失效；而且端面比壓不能小于因摩擦使端面間溫度升高時(shí)的物料或沖洗介質(zhì)的飽和蒸氣壓，否則介質(zhì)開始蒸發(fā)，因此，要在保證漏量最小的情況下，摩擦副接觸面之間的液膜須保持摩擦面之間的潤滑作用，以保證密封的有效性。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，端面比壓在一般情況下取0.20～0.39MPa為宜。對介質(zhì)壓力高，潤滑性良好，摩擦副材質(zhì)好的情況，可選較大的端面比壓值。而對于潤滑性差、易揮發(fā)的介質(zhì)（如液態(tài)烴），則選用小的端面比壓值。

2 密封失效原因分析

2.1 動(dòng)、靜環(huán)密封圈

由于P-03#泵介質(zhì)為石化廠排出的含大量C4的烴類污水，其腐蝕性不是很大，操作溫度為86℃，原輔助密封為O形硅橡膠圈，適用于低溶脹性礦物油、弱酸或弱堿等的介質(zhì)中，適用溫度為-30℃～260℃。雖然其有很好的耐高溫性，能夠滿足介質(zhì)溫度的要求，但是其耐油性卻很差，若長時(shí)間浸泡在油性介質(zhì)中，O形圈則發(fā)生漲大變形。同時(shí)，由于動(dòng)環(huán)在補(bǔ)償過程中，O形圈與軸套發(fā)生摩損，產(chǎn)生一些固體顆粒殘留在軸套上，介質(zhì)在橡膠圈與軸套（軸）摩擦部位產(chǎn)生結(jié)晶物。由于橡膠圈的漲大變形，使靜環(huán)、靜環(huán)密封圈和軸套之間緊緊粘接在一起，使彈簧加荷裝置沒有推力作用到靜環(huán)面上，動(dòng)、靜環(huán)之間不能緊密結(jié)合在一起，從而導(dǎo)致密封失效，發(fā)生泄露。另一方面，由于動(dòng)環(huán)或橡膠圈緊固在軸上，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，動(dòng)環(huán)若不能及時(shí)貼合，密封面的滯后閉合，密封面被打開，使得密封失效，發(fā)生泄漏。

2.2 機(jī)械密封補(bǔ)償力提供方式

P-03#泵補(bǔ)償力由單彈簧提供。多彈簧機(jī)械密封與單彈簧機(jī)械密封相比，單彈簧彈簧比壓不均勻，且軸徑越大越突出。在軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受到離心力的影響，引起彈簧變形和產(chǎn)生一定的偏移量，使得端面比壓不穩(wěn)定，影響密封的性能。而多彈簧不會(huì)因?yàn)檩S徑增大而影響彈簧比壓，在轉(zhuǎn)速增大時(shí)，其受離心力的影響較小，仍然能夠保持穩(wěn)定的端面比壓。另外，單彈簧壓縮量變化時(shí)，其彈性力變化很小，當(dāng)摩擦副歪斜時(shí)，其自調(diào)整能力差，即緩沖性差，而且單彈簧受離心力的影響比較大，加大了摩擦副發(fā)生歪斜的機(jī)率，也使得產(chǎn)生泄漏的機(jī)率增加。

2.3 機(jī)械密封形式

P-03#泵由于其介質(zhì)為污水，對于端面比壓的要求比較嚴(yán)格，要穩(wěn)定其端面比壓，一是控制其介質(zhì)壓力，減小其介質(zhì)壓力對端面比壓的影響；二是控制其彈簧比壓，即增加彈簧比壓的穩(wěn)定性，以保證其具有穩(wěn)定的端面比壓。而P-03#泵采用非平衡型，難以滿足這一條件。

3 改造措施

1）對于P-03#泵的泄漏，其原因之一是O形圈的材料選擇。因此在選用輔助密封時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)選用耐高溫，耐油性較好的材料；其次，輔助機(jī)械密封的形式采用線型環(huán)，或者V型圈。丁晴橡膠適用于礦物油、汽油及揮發(fā)油等介質(zhì)，其使用溫度為-30℃～120℃，具有良好的耐油性；聚四氟乙烯與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿及各種溶劑均不起作用，具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，使用溫度-180℃～250℃，是一種極好的自潤滑材料，兩者都可以作為P-03#泵的輔助密封材料。但是從使用V型圈的情況來看，其使用的周期不是很長就發(fā)生泄漏，這是因?yàn)閂型圈對加工的精度要求較高，如果加工精度達(dá)不到要求，機(jī)械密封很容易失效，縮短使用壽命。另一方面，在軸套上基本上沒有產(chǎn)生結(jié)垢，這說明結(jié)垢產(chǎn)生的主要原因是由于O形圈的耐油性差所致。因此，P-03#泵的密封采用丁晴橡膠O形圈。

2）機(jī)械密封補(bǔ)償力由單彈簧改為多彈簧提供。

3）機(jī)械密封型式由非平衡型改為平衡型。

4 結(jié)束語

P-03#泵采用多彈簧平衡型機(jī)械密封后，減小了介質(zhì)壓力的影響，給動(dòng)環(huán)提供了穩(wěn)定的端面比壓；材料選用丁晴橡膠O形圈提高了耐油性，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的長周期運(yùn)行。

[1] 胡國楨.化工密封技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1990.

Failure Analysis of Mechanical Seal of P-03 # Pump in Public Works

Ye Yong-qing，Li Lai-jun

The P-03 # pump is one of the key equipment of the second chemical pollution.The P-03 # pump originally used singleend large spring non-balanced mechanical seal，since the P-03 # pump has been put into operation.，The operating cycle is short，mechanical seals frequently leak，mechanical seal failure frequency is higher.

sewage；mechanical seal；end face force；failure；measure

X703

：A

：1003–6490（2017）04–0110–01

2017–03–15

葉永青（1967—），男，甘肅蘭州人，助理工程師，主要研究方向?yàn)榧夹g(shù)。