成品油管道主輸泵機械密封失效主要原因分析與對策

段云躍

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620）

中國石化銷售有限公司華南分公司是我國最大的成品油管道企業，公司運行的成品油管網建成運行的管道全長6036km，輸油站58座。其中西南成品油管道是國內距離最長、站點最多、工藝技術水平最先進、施工和管理難度最大的成品油管道。 被公司定為A類設備的主輸泵是輸油站核心設備，機械密封完好是主輸泵減少泄漏量，安全、高效運行的重要保障。本文簡要分析機械密封的原理和構造，通過案例分析，查找機械密封提前失效的主要原因，總結預防對策。

1 機械密封原理

主輸泵為離心泵，傳動軸與設備本體存在圓周間隙，當設備內壓力高于大氣壓力時，設備內油品等流體會經間隙泄漏至外界。因此必須有一個阻止泄漏的軸封裝置——機械密封。機械密封是一種流體旋轉機械的軸封裝置，它由至少一對垂直于旋轉軸線的軸面，在流體壓力和補償機構彈簧的作用下，以及在輔助性密封的配合下保持與主設備貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置，廣泛運用于離心泵、壓縮機等設備。

2 機械密封的構造

輸油泵機械密封由動環和靜環組成的端面密封（摩擦副）、彈性元件為主要零件組成的緩沖補償機構（使密封面緊密貼合）、輔助密封圈（動環和靜環密封圈）及使動環隨軸旋轉的傳動機構四部分組成。圖1為機械密封結構圖。

3 機械密封選用要求

3.1 機械密封材料應滿足密封功能的要求

圖1 機械密封結構

由于機械密封工作設備的工作條件不同，被密封的介質不同，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是以下幾點。

（1）材料致密性好，具有與密封面結合的柔軟性，不易泄漏介質。

（2）有適當的機械強度和硬度，壓縮性和回彈性好，永久變形小。

（3）高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂。

（4）抗腐蝕性能好，在酸、堿、油等介質中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上。

（5）摩擦系數小，耐磨性好，耐老化性好，經久耐用。

（6）加工制造方便，價格便宜。

3.2 機械密封主要材料（如表1）

4 公司用機械密封情況

公司在早期全部選用進口機械密封（例如公司曾經選用過德國CHETRA公司產品），隨著國產機械密封質量逐漸提高，逐漸選用國產機械密封。公司要求機械密封壓蓋及軸套為化工耐腐蝕奧氏體不銹鋼316L，動靜環為進口無壓燒結的碳化硅SiC，密封環為氟橡膠，要求正常工況下使用壽命大于16000小時。公司與成都順捷實業有限公司聯合研發產品，主要型號有TYP201-80/82，TYP201-70/72等。（如圖2、3）

表1 常用材料

圖2 進口機械密封（CHETRA 201）

圖3 PX站3#泵國產機械密封（成都順捷）

5 公司機械密封失效主要原因

5.1 正常運行磨損

機械密封泄漏一般情況下是漸變的過程，泄漏量從小變到大，主要是由運轉時間長磨損導致。輸油站主輸泵機械密封一般運行達到一定程度自然需要更換。因為機械磨損會破壞密封副的正常配合關系，當端面出現一定的磨損時，傳動軸每轉一周，密封件都要作軸向位移和徑向擺動，在每一次轉動中，密封副端面都趨向于產生輕微的分離和泄漏。隨著事件的推移，磨損逐漸加大，泄漏量也逐漸加大。這是絕大多數機械密封失效主要的主要原因。因此，公司規定機械密封使用壽命一般為16000小時。

5.2 機械密封沖洗不到位

輸油泵機械密封端面沖洗的作用有二：一是帶走密封腔中機械密封的摩擦熱、攪拌熱等，以降低密封端面溫度，保證密封端面上流體膜的穩定；二是阻止固體雜質和油焦淤積于密封腔中，使密封能在良好、穩定的工作環境中工作，并減少磨損和密封零件失效的可能。合適的端面沖洗是提高離心泵機械密封耐久性的重要輔助措施之一，沖洗的目的在于防止雜質集積，防止氣囊形成，保持和改善潤滑等，當沖洗液溫度較低時，兼有冷卻作用。因此，如果沖洗管出現堵塞、失效，會對機械密封壽命產生不利影響。

（1）機械密封沖洗管失效

案例一：西南管道PX站（輸油站代號，下同）4#主輸泵自2005年投用至2010年的5年間，運行一直非常平穩，但在2010年“850增輸改造”項目為該泵加裝了電機變頻調速系統后，在不同的轉速下泵體及泵上殼體的機械密封沖洗管振動變化很大，能達到平時的8～9倍。2010年-2012年3月間，該泵殼機械密封沖洗管和排空管焊縫多次發生滲漏情況。圖4為PX站4#泵機械密封沖洗管斷裂失效圖。

圖4 PX站4#泵機械密封沖洗管斷裂失效

在流量為529m3/h，變頻器頻率與主輸泵振動情況如圖5。

圖5 PX站4#泵機械密封沖洗管振動與頻率關系

原因：從圖中可以看出，當頻率在70Hz至88Hz區間內變化時，機泵密封沖洗管的振動值在8mm/s以下變化，當頻率在88～92Hz區間內變化時，機泵密封沖洗管的振動值迅速升高，特別是變頻器頻率為91Hz時振動值達到14.3mm/s。可見主輸泵加裝變頻器后，在某些特定的轉速范圍，泵殼排空管和機封沖洗管振動較大，在長時間高頻振動下導致焊縫產生疲勞裂紋斷裂，最終導致機械密封沖洗受阻，直接影響機械密封使用壽命。

（2）機械密封沖洗管節流孔板變化。機械密封沖洗管節流孔板孔洞變化對機械密封造成影響，導致機械密封失效。

案例二：2008年2月，當天PX站輸送下載0#柴油，運行2#、4#泵。15：36時，當班人員發現4#泵機械密封泄漏報警，同時污油罐液位急劇上漲。現場發現4#泵驅動端有大量油品溢出，已流淌至距主輸泵基礎2 m以外，中控調度緊急停4#泵。

原因分析：經公司專業人員到場對漏點進行拆卸檢查分析，發現4#主輸泵驅動端截流孔板、導流套的孔眼皆被流體沖刷變大變形，從而導致機械密封泄漏事故發生。圖6為完好的節流孔板。

圖6 完好的節流孔板

5.3 轉速變化對機械密封的影響

案例三：2011年11月，西南管道HC站（輸油站代號，下同）4#主輸泵（由變頻器控制頻率的變頻泵）發生非驅動端機械密封泄漏。經公司搶維修中心機械、電氣、安全及調度各專業調查研究，認為HC站4#變頻泵機械密封損壞與電機軸承機構（滑動軸承）、頻率的頻繁調節及缺少國產密封的使用經驗等因素有關。

原因：變頻電機在啟動或調頻變速過程中產生前后推拉的軸向力。機械密封的靜、動環端面密封在頻繁調頻產生的不規則規律的軸向力作用下，受壓摩擦過熱、靜環發生熱脆裂，完全失去密封作用，導致油品泄漏。

5.4 進口與產品搭配的影響

由于進口機械密封材質、精度等方面優于國產密封，進口產品比國產產品的耐用性更好，抗沖擊能力更強，使用壽命更長。因此，公司一般在重要受沖擊部位（例如變頻主輸泵）采用進口機械密封，其余用國產機械密封。

6 結語

通過對機械密封的原理、結構、選用要求分析與實際運用相結合分析，可以得知輸油站主輸泵機械密封失效的主要原因是運行磨損、直接影響因素有工況變化，間接因素有振動導致的機械密封沖洗管失效、節流孔板變形導致機械密封沖洗情況變化等。

因此，在設備管理中，需要合理選用分配國產、進口機械密封；合理使用變頻器，使其在特定頻率范圍內工作，減少對機械密封的沖擊；減少輸油泵振動，減輕對機械密封沖洗管的影響；定期檢查機械密封沖洗管，防止出現堵塞；及時發現、更換變形的節流擋板。

[1]王汝美.使用機械密封技術問答[M].北京：中國石化出版社，2004.

[2]胡國楨，十流.化工密封技術[M].北京：化學工業出版社，1990.

[3]JB/T4127.1-1999 機械密封技術條件[S].

[4]J 范才明.管道輸油泵非正常損壞的預防措施油氣儲運[J],2008( 11).