離心泵機械密封的故障分析及對策

徐帥(中國石油西部管道新疆分公司)

從1885年英國第一個端面密封專利的問世，到2000年非接觸式機械密封的產生，機械密封越來越廣泛的運用于泵的端面密封。與傳統的填料密封相比，機械密封具有密封性能好，壽命長，承受壓力大，減少能源損耗和環境污染等優點。機械密封目前廣泛應用與國內輸油站場機泵，研究機封結構，分析故障原理和處理辦法，對掌握基本運行情況、提升設備管理水平有重要意義。

一、機械密封的基本結構和作用原理

1.機械密封的基本結構

機械密封又叫端面密封，是指有至少一對垂直于旋轉軸線的端面，在流體壓力和補償機構彈力（或磁力）的作用以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。

機械密封的構成如圖1所示。

2.機械密封的作用原理

如圖1所示，機械密封的工作過程是軸轉動時，通過傳動座（6）和推環（4），帶動動環（2）旋轉，靜環（1）固定不動，依靠介質壓力和彈簧力使動靜環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，阻止介質泄漏。摩擦副表面磨損后，在彈簧（5）的推動下實現補償。為了防止介質通過動環與軸之間泄漏，裝有動環密封圈（3）。靜環密封圈（7）阻止介質沿靜環和壓蓋（8）之間泄漏。

3.機械密封的輔助設施

機械密封輔助設施是許多元件的統稱，它的作用是可以改善機械密封的工作環境，提高密封效果。包括過濾器、旋液分離器、限流孔板、冷卻器、各種檢測儀表及機械密封沖洗管路等。在實際的應用中，根據具體的情況來選擇相應的設施。

在所有的輔助設施中，最主要的是沖洗設施。對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，含雜質的介質沿分離器切線方向進入，以一定的速度沿分離器旋轉，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，含雜質的液體從底部流回泵的入口。

二、常見的機械密封的故障及分析

所謂故障是指設備或零件喪失了其所要求的規定的性能和狀態。故障分析主要是通過診斷（經驗和檢測）來確定故障的部位，在經過調整或修換進行排除。正確的診斷是預防和排除故障的基礎。在診斷的過程中應注意注意一下的信息：1.外部征兆；2.拆卸前的檢查結果；3.拆卸后的檢查結果；4.對機械密封各個元件的目測結果。

一般的故障診斷過程大體可以分為四個步驟。

對于機械密封而言，常見的故障有：1.泵運行時密封泄漏；2.密封面穩定滴漏；3.工作時密封尖叫；4.密封面外側或壓蓋外側有石墨環粉塵積聚；5.密封面磨損嚴重，密封副壽命短。

對機械密封的泄漏進行分析，首先應明確機械密封的泄漏點。一般來說，機械密封的泄漏點主要有：1.軸套與軸之間的密封；2.動環與軸套之間的密封；3.端蓋與泵體間的泄漏點比較容易發現和解決。其余的泄漏直觀上很難辨別和判斷，須在長期的管理、維修實踐的基礎上，對泄漏癥狀進行觀察、分析、判斷，才能得出正確的結論。

試運轉時出現的泄漏，泵用機械密封經過靜試后,運轉時高速旋轉產生的離心力,會抑制介質的泄漏。因此,試運轉時機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、靜環摩擦副受破壞所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有:(1)操作中,因抽空、氣蝕、憋壓等異常現象,引起較大的軸向力,使動、靜環接觸面分離;(2)安裝機械密封時壓縮量過大,導致摩擦副端面嚴重磨損、擦傷;(3)動環密封圈過緊,彈簧無法調整動環的軸向浮動量;(4)靜環密封圈過松,當動環軸向浮動時,靜環脫離靜環座;(5)工作介質中有顆粒狀物質,運轉中進入摩擦副,擦傷動、靜環密封端面;上述現象在試運轉中經常出現,有時可以通過適當調整靜環座等予以消除,但多數需要重新拆裝,更換密封。

正常運轉中突然泄漏，離心泵在運轉中突然泄漏,少數是因正常磨損或已達到使用壽命,而大多數是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。主要有：(1)抽空、氣蝕或較長時間憋壓,導致密封破壞;(2)對泵實際輸出量偏小,大量介質泵內循環,熱量積聚,引起介質氣化,導致密封失效;(3)對較長時間停運,重新起動時沒有手動盤車,摩擦副因粘連而扯壞密封面;(4)環境溫度急劇變化;(5)工況頻繁變化或調整;(6)突然停電或故障停機等。離心泵在正常運轉中突然泄漏,如不能及時發現,往往會釀成較大事故或損失。

密封面穩定滴漏，如果可能應首先確定泄漏源。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，靜環表面翹曲；安裝時密封面就有開裂、凹口、凸點或者劃痕等；也有可能是軸套處液體泄漏，泄漏嚴重時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；4.檢查是否有損壞的零件（各種輔助密封、彈簧等）；5.檢查機泵是否對中；6.改進沖洗和冷卻系統。

工作時密封尖叫，可能是密封面得潤滑不足。此時應該檢查機械密封沖洗管路是否堵塞，管路上的壓差表讀數是否偏大，是否有報警。如果確定管路不通暢，則須清洗該段管路，確保管路的暢通。

密封面外側或壓蓋外側有石墨環粉塵積聚，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渣，將碳石墨環磨掉。

密封面磨損嚴重，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，縮短了機械密封的壽命。

結合西部成品油管道烏首站投產期間機械密封的工作狀況，具體分析機械密封的失效。在烏首站投產期間，共有14套機械密封失效。發現導致14套機械密封失效的原因包括以下四方面因素：1.在投產初期，輸送的介質比較臟，含有大量的泥砂，超出了旋液分離器的工作能力，大量雜質不能完全過濾，部分泥砂堆積在機械密封動環內部，導致動環在運轉過程中被掛起，失去補償能力，造成密封面分離，機械密封失效，此原因有3套機械密封失效泄漏；2.傳動套頂絲松動，導致軸套、傳動套、動環相對運動，產生O型擋環嚴重磨損，使動環下的O型輔助密封圈磨損，造成機械密封失效，此原因有2套機械密封失效泄漏；3.輸油泵振動和軸竄量較大等原因，主要是泵機組在精找水平和對中時，對介質溫度、電源質量未充分考慮，導致傳動套與動環石墨環碰撞致使石墨環損壞，造成機械密封失效，此原因有2套機械密封失效泄漏；4.機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，動靜環產生熱變形，泄漏增大，引起密封失效，此原因有7套機械密封失效泄漏。對于第一種情況，隨著生產的進行，管道清管次數的增加，油品質量提高，問題已解決；第二種情況屬于設備本身的設計缺陷，廠家改進后頂絲已緊固；第三種情況對泵重新進行精確對中，減小泵的震動。第四種情況在起泵前對泵進行充分排氣，改進機械密封的沖洗管路，問題也得到了較好的解決。

三、機械密封的改進方法

機械密封的改進主要是從以下幾個方面進行考慮，一是改進密封結構和材料，使其能更好的適應工作環境，但這樣做花費代價較高，盡管如此，仍不能重根本上解決問題。最常用的方法是改進機械密封的輔助設施，改善密封的工作環境。

改進機械密封的輔助設施，改善密封的工作環境。主要是要根據輸送介質的特性，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。