關鍵設備機械密封泄漏分析及處理

石全生，李鵬，王鶴

（1.吉林石化公司倉儲中心；2.吉林石化公司高碳醇廠；3.吉林石化公司精細化學品廠，吉林 吉林 132000）

1 概述

吉林石化公司煉油廠120萬t/a柴油中壓加氫裝置是為適應柴油品質升檔、適應歐洲二號燃料標準的要求興建的現代化裝置，為中油重點建設項目。該裝置除部分關鍵儀表、加熱爐管進口外，其余全部設備均實現了國產化。

裝置在開工后發現脫丁烷塔底循環泵（下稱P202）機械密封頻繁泄漏，經常造成一臺維持生產，一臺在搶修的局面，嚴重影響了新裝置的穩定運行。

2 故障分析

2.1 常見的幾種機械密封失效形式

按照密封的失效部位劃分，機械密封的失效形式大致有三種：運動摩擦副的失效；彈簧、波紋管的失效；靜密封點的失效。

2.1.1 摩擦副失效原因

（1）輸送介質汽化。動靜環相對運動部位介質汽化，造成摩擦副部位得不到有效的冷卻、潤滑，使靜環嚴重磨損、熱裂變形失效。

（2）摩擦副干運轉。由于密封沖洗液量不足或無液，造成摩擦副嚴重磨損、熱裂（拆下后發現有變色情況）失效，有時可能造成相臨的“O”形密封環因高溫產生硬化開裂失效。

（3）摩擦副部位結焦或結晶。由于介質在摩擦副部位結焦積碳或結晶，使運動部位得不到有效的潤滑，同時波紋管（彈簧）的預緊力減小，補償能力降低，致使介質從摩擦副部位直接泄漏。

（4）輸送的介質潤滑性差。由于介質潤滑性差，使摩擦副部位得不到有效的潤滑，造成動靜環嚴重磨損、熱裂變形失效。

（5）輸送的介質臟。輸送的介質內含有顆粒，進入運動密封面，一方面使密封面打開，被封介質泄漏；另一方面造成摩擦副磨損嚴重，使密封面嚴重創傷失效。

（6）運動密封面腐蝕。按照腐蝕的形式可以分為表面腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕和電化學腐蝕，腐蝕造成的失效形式是一個持續的時間積累過程。

（7）彈簧的端面密封比壓過大。比壓過大一方面造成密封面磨損嚴重，另一方面由于比壓大使密封面摩擦副產生大量的摩擦熱，如果不能夠及時、有效的帶走就會造成密封面失效。

（8）機泵產生汽蝕或抽空。機泵的汽蝕或抽空造成運動密封面得不到有效的潤滑、沖洗，造成該部位出現干摩擦失效；同時由于上述兩種情況造成泵內壓力波動，波紋管或彈簧的補償能力差，使動靜環間頻繁開啟碰撞，經常造成靜環損壞。

上述幾種主要失效形式是針對機械密封摩擦副部位進行分析的，對于內裝式結構的機械密封，其泄漏的途徑主要從密封軸套和壓蓋間。據統計，由于摩擦副失效造成的泄漏占整個機械密封失效率的80%～95%。

2.1.2 彈性補償元件的失效原因分析

（1）彈簧或波紋管斷裂。由于彈性元件受拉時伸長或扭曲時產生撓曲，尤其在伴有化學侵蝕情況下更容易造成彈性元件的斷裂失效。應力腐蝕開裂是最常見的一種形式。

（2）彈簧卡住、失彈。此種情況多產生于多彈簧形式的密封中，當被封的介質很臟時造成部分小彈簧卡住不能產生軸向的補償，使密封端面泄漏。

上述兩種密封失效形式的泄漏原因也不復雜，只要將密封解體后就會一目了然。

（3）對于波紋管機械密封而言，靜密封點大致有以下幾點：密封壓蓋與泵體；靜環與密封壓蓋；動環與軸套；軸套與泵軸。實際生產過程中多數是由于密封摩擦副部位造成高溫使相臨的靜密封圈固化失效，因靜密封圈材質多數為橡膠或聚四氟乙烯材料，耐高溫性能較差。而上述四點靜密封點中，軸套與軸的密封圈經常產生泄漏，泄漏的液體經常通過軸與軸套間漏出。對于熱油泵，由于高溫介質泄漏后冒煙嚴重，給失效形式的判斷帶來了困難。

2.2 P202密封泄漏分析

運行工況：

介質：柴油；

出口溫度：300℃；

出口壓力：2.36MPa(g)；

密封形式：單端面波紋管集裝式密封；

密封沖洗形式：PAN-21方案。

裝置開工正常后，反映出的主要問題為P202泵的機械密封頻繁泄漏，最初檢查發現密封油冷器循環水經常汽化，隨即將冷卻水線擴徑，同時將冷卻沖洗方式改為23方案，即密封沖洗液從密封腔內通過推進環打出，進入冷卻器，返回到密封摩擦副。同時將沖洗管路上增設孔板進行限流。通過上述改造后密封沖洗液溫度降了下來，但經生產運行考核后發現該泵機械密封泄漏頻次仍沒有得到緩解。停泵后發現介質沿軸套與軸中間泄漏，因此通過判斷密封泄漏的途徑確定該泵的軸端泄漏是由靜密封點泄漏引起的。拆開密封后仔細觀察密封面確無磨損現象，認定為軸套與葉輪間的密封墊片失效造成了泄漏（見圖1中“軸套墊”）。

將原來隨機帶來的聚四氟乙烯墊改為紫銅墊片，更換后雖然有所緩解，但仍沒能從根本上解決問題，密封仍經常泄漏。

經過對原密封結構進行分析發現這種密封的結構形式不適應當前工況要求，原設計密封墊位于密封軸套端面，與葉輪間靠密封墊通過旋緊葉輪背帽實現預緊密封。由于輸送介質的溫度高，軸系上各部件的膨脹系數不一致，造成軸套端面與葉輪間的墊片補償能力不能滿足要求，運轉過程中該點形成泄漏。

圖1 改造前的機械密封型式

3 解決措施

由于該密封點的處理難度大，故將密封形式徹底改動，采用密封軸套內部與軸密封的形式，即對軸套內部進行相應改動，在軸套內部增加一個密封點（見圖2）。通過以上分析，密封摩擦副部位沒有問題，考慮到密封沖洗采用23方案后，密封油沒能有效的循環起來，可能不利于密封摩擦副熱量的帶走，將23方案改為21方案，進行自身沖洗。

圖2 改造后的機械密封型式

4 結語

熱油泵的機械密封失效原因有很多種，除了可以通過對密封的解體檢查分析外，根據密封泄漏的途徑來判斷密封的失效原因是直觀和有效的一種。通常情況下，確保運動摩擦副的有效潤滑和冷卻是延長機械密封壽命的最有效手段。因此，對動密封點的運行維護工作人員都很重視，但往往忽視了靜密封點的泄漏預防。另外，工況條件的影響對密封泄漏的影響程度更應引起重視。