泵機械密封的典型故障與維修

宋正坤

（大連深藍泵業有限公司，遼寧 大連 116036）

一、機械密封的工作原理

機械密封是由靜環和動環在垂直于軸的光滑平直的表面相互貼合，并做相對轉動而構成的密封裝置，它是靠彈簧等彈性元件和密封介質的壓力在旋轉的動環和靜環的接觸面（端面）上產生適當的壓緊力，使這兩個端面緊密貼合，端面維持極薄的液體膜達到密封的目的，這層液體膜起著潤滑與密封作用。常見機械密封的結構如圖1所示。

二 、機械密封的磨損

機械密封的故障主要是由磨損引起的，常見的機械密封的磨損類型包括粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、氣蝕。

三、機械密封的典型故障及糾正措施

根據機械密封磨損的類型，液體介質的性質、溫度、壓力等因素綜合分析，常見機械密封典型故障及處理方法如下。

1.當密封面摩擦熱集聚時，端面間液膜發生局部沸騰

故障特征：密封處發熱或冒氣（間歇振蕩）。

磨損現象：靜環被氣蝕，產生彗星狀紋理過程導致窄環外緣切邊；硬環發生熱裂。端面內緣處有石墨粉塵堆積。

糾正措施：校核密封設計參數；改善循環狀況。

2.干摩擦故障

故障特征：密封處發熱，端面間液體不足或無液體。

磨損現象：靜環有嚴重的磨損和凹槽，硬環表面有擦亮痕跡，或有徑向裂紋（熱裂）和變色；膠圈硬化；石墨環有唱片狀溝紋。

糾正措施：選用平衡型密封；選用導熱系數高的硬質材料；檢查排氣情況；改善循環狀況。

3.粘著磨損故障（皰疤）

故障特征：高黏度液體端面間的剪切應力超過材料的破壞強度；停泵時，由于溫度下降液體黏度增大，泵重新啟動時易發生粘著磨損。

磨損現象：金屬顆粒從端面脫出；硬環有拋光痕跡；在細小間隙中殘留金屬顆粒。

糾正措施：檢查循環情況；采用15～30min的蒸氣預熱或低壓蒸汽保溫。

4.磨粒磨損故障

故障特征：介質中含有磨削性金屬顆粒。

磨損現象：固體顆粒殘留或堆積在端面和細小間隙等處。

糾正措施：采用耐磨材質作為端面；改善循環條件，采用介質清潔過濾裝置，外部潔凈沖洗。

5.端面變形

故障特征：泵啟動時，機械密封發生泄漏且泄漏量隨時間變化。

磨損現象：將端面在平臺上輕研，有變形痕跡。

糾正措施：自然時效變形，重新研磨；裝配不當，重新仔細裝配；機泵對中不良、軸承損壞，調整機泵。

6.高溫磨損故障（結焦）

故障特征：高溫經常出現結焦故障；液膜泄漏量小時，密封的大氣側就有結焦傾向，造成端面磨損。

磨損現象：固體顆粒集聚在滑動件的大氣側。

糾正措施：改軟質端面為硬質端面；采用熱水、蒸汽或溶劑作為永久性冷卻措施。

四、維修案例

某煉化企業裝置中輸送高溫渣油泵的工況參數見表1。

表1

該泵為典型的高溫、高壓、高速工況，最初密封為單端面高溫波紋管密封，配置見圖2，采取了API682中PLAN32的外沖洗方案，沖洗介質為70℃蠟油，壓力2.2MPa。該密封實際上只能連續運行3個月，頻繁維修，嚴重影響了裝置的連續運行，也存在著很大的安全隱患。根據前面所述和對損壞零部件的檢測，對密封失效的原因分析如下。

（1）雖然有70℃蠟油作為輔助的外沖洗，但由于介質溫度較高，受工況波動的影響，密封面處溫度仍然較高，較低溫度的沖洗液沖洗不足，致使動靜環在連續運行一段時間后出現磨損而發生泄漏。

（2）由于介質中含有細小、堅硬的顆粒，雖有外沖洗液，但仍有少量顆粒會進入密封面，加劇了密封面的磨損。

（3）該密封的配置沒有自動檢測和保護措施，一但發生泄漏，高溫油品很容易引發火災，安全隱患突出。

為了保證密封連續、安全運行，對該泵的密封進行了改進，見圖3。配置雙端面高溫波紋管密封，面對面安裝，采取了API682中PLAN32+53A方案，PLAN32外沖洗介質為70°蠟油，壓力2.2MPa。PLAN53A隔離液根據現場條件使用2.6MPa常溫輕油。該泵密封改進后，使用效果良好，已連續穩定運行1年。密封效果良好的原因如下。

（1）對密封零件材料進行了提升，石墨環采用優質的抗起泡進口石墨（美國摩根產品），提升了密封面的抗磨損能力和密封的使用壽命。

（2）由于密封結構的變化，PLAN32外沖洗介質從原來沖洗密封面外徑改為沖洗密封面內徑，密封面外徑同時增加了PLAN53A系統隔離液的沖洗，使得介質側密封溫度環境大為改善。同時，由于內外沖洗液壓力的不同，介質中的顆粒很難侵入密封面，減少了顆粒對密封面的磨損，大幅度提升了密封的使用壽命。

（3）為了提升設備的在線監測和自動保護，在PLAN53A系統的儲液罐中安裝了液位和壓力報警和連鎖停車，如果密封發生泄漏，可以在線監測并及時連鎖停車，從而避免安全事故的發生。

五、應用效果

機械密封的故障是不可避免的，通過建立模式化的故障分析與處理，極大地減少了故障停機時間，降低了維修費用，保障了生產活動的正常進行。