化工機械密封的泄露問題與維修策略研究

馬劍崢 劉榮 楊欣梓 陳婧

摘要：本文對化工機械密封技術(shù)以及密封結(jié)構(gòu)進行介紹之后，重點從密封面的平面度損壞、潤滑性損壞及動作性損壞三個方面分析了機械密封的泄露原因，并針對不同的原因提出了相應的預防和維修策略。同時以中國石油蘭州石化公司尿素裝置的高壓甲銨泵和T-GA101A/B泵的密封泄漏為例，通過設(shè)備故障原因問題、維修策略的制定，實際維修過程中故障的排查，到最終故障原因的發(fā)現(xiàn)及問題的解決進行深入剖析，為今后實際化工機械密封技術(shù)故障的排查及問題解決的起到積極作用。

關(guān)鍵詞：石油化工機械密封;泄露;維修策略

中圖分類號：? TQ050.7? ? 文獻標志碼：A

0引言

在目前我國經(jīng)濟飛速發(fā)展以及工業(yè)化進程在不斷加快的同時，我國的石油化工行業(yè)也取得了較大的進步和發(fā)展。而石油化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中容易遇到易燃易爆以及有毒有害的物品，這些物品對存儲或者輸送所使用的管道、容器以及設(shè)備等有著極高的密封要求。為了實現(xiàn)上述無泄漏的密封要求，在目前的石油化工行業(yè)中比較常用磁力泵和屏蔽泵，而且在對磁力泵隔離套和屏蔽泵屏蔽套進行廣泛應用的同時，仍然存在使用年限等無法解決的問題，并且會引發(fā)石油化工機械密封泄露等問題。這就需要針對不同的泄露問題對其原因進行分析，且在泄露發(fā)生時采取必要的維修策略來進行及時和有效的處理。

1石油化工機械密封結(jié)構(gòu)概述

石油化工機械密封結(jié)構(gòu)主要采用的就是機械密封技術(shù)，此種技術(shù)中比較關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)就是一對或者幾對垂直于軸且可以相對滑動的端面，此端面在流體的壓力或者補償機構(gòu)的其他力作用下可以相互接合，然后在輔助密封裝置的協(xié)作下來實現(xiàn)阻漏的作用。通過此技術(shù)，主要的作用就是確保靜環(huán)的接觸面與動環(huán)在運動的過程中也需要保持緊密的貼合，其主要的原理就是對上述靜環(huán)和動環(huán)之間進行一定比壓的施加，這樣就可以通過在二者之間形成一層液體膜來起到密封的作用。

通過對上述機械密封技術(shù)的原理進行介紹可知，在石油化工機械密封結(jié)構(gòu)中比較重要的結(jié)構(gòu)就是靜環(huán)和動環(huán)的端面密封部件，此外，還有其他的輔助部件，如O型、U型或者X型的密封圈等，以及其他的彈簧和推環(huán)等補償部件，傳動螺釘和傳動銷等傳動部件等，推環(huán)、彈簧座、壓蓋以及緊定螺絲等緊固部件等。

上述機械密封技術(shù)以及相應的密封結(jié)構(gòu)主要在離心泵、離心機、壓縮機以及反應釜等設(shè)備上廣泛應用，此種密封技術(shù)在實際應用中表現(xiàn)出比較好的密封性能，不僅具有較少的泄露量，而且功耗比較低且使用壽命比較長。尤其比較適合在自動化生產(chǎn)以及高溫高壓等惡劣環(huán)境條件以及對密封有著嚴格要求的場合中應用。

2石油化工機械密封的泄露原因分析

2.1密封面的平面度損壞的原因

不均勻的劃痕和面部切斷痕是比較常見的密封面損壞形式，而導致上述損壞問題的主要原因，或者是出現(xiàn)了泵的密封箱和攪拌器的封頭出現(xiàn)了變形問題或者是損傷問題，或者是存在不夠均勻的螺栓緊固力的原因，在上述原因下就會出現(xiàn)靜環(huán)密封面的變形問題，這就會導致泄漏問題的發(fā)生[1] [2]。此外，在對滑動裝置進行熱裝的過程中，由于溫度會發(fā)生變化且由于存在熱膨脹差而會改變密封面的形狀，這同樣也會由于損壞密封性導致泄漏的問題[3]。

2.2密封面的潤滑性損壞的原因

端面密封主要是對端面液膜的密封作用進行利用，但是也需要其具有一定的潤滑作用來確保其正常運行。而如果上述端面液膜出現(xiàn)損壞時就會出現(xiàn)密封面的干摩擦問題，這就會加劇了此密封面的瞬間磨損以及粗糙程度，嚴重時還會導致其中的硬質(zhì)材料出現(xiàn)裂痕的問題。此外，在出現(xiàn)了上述問題而導致滑動摩擦面的溫度急劇上升時，需要對熱積累現(xiàn)象進行及時的除掉，否則就會造成密封液蒸發(fā)以及潤滑膜消失等問題，這就會引發(fā)上述干摩擦的問題而對密封面造成損壞，從而引發(fā)泄漏問題[4]。

2.3動作性損壞的原因

由于機械密封裝置中的靜環(huán)和動環(huán)需要隨著軸一起轉(zhuǎn)動，而在上述持續(xù)進行的轉(zhuǎn)動過程中也不可避免會改變密封斷面，導致此裝置的軸向移動量的增加和機械密封精度的降低。在長時間的上述問題下就會損壞上述部件并導致變形問題的發(fā)生，這就會由于隨動性的消失而出現(xiàn)泄漏問題。此外，在漿料堆積并阻礙彈簧作用、滑動部件出現(xiàn)動作失控、密封面的表面出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象時會加劇上述問題。而且在發(fā)生了滑動密封面的磨損、硬化以及老化等問題時，也會損壞軸和軸套，甚至會出現(xiàn)彈簧座的磨損和彎曲等問題。

此外，導致石油化工機械密封出現(xiàn)泄露問題通常不是上述某一種原因引起的，而是多種因素疊加在一起而導致的。而導致多種因素同時發(fā)生的主要原因可能就是過度疲勞、受壓不夠均勻以及液膜出現(xiàn)破壞等原因，這就對機械密封結(jié)構(gòu)的安裝以及定期清潔、運行維護和冷卻等提出了較高的要求。

3石油化工機械密封的泄露問題的維修策略

3.1針對動作不良現(xiàn)象的維修策略

為了對動作不良原因引起的泄漏問題起到預防作用，在進行機械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝中盡量對具有較好耐磨性和橡膠彈性的O形環(huán)進行應用，通過此種O形環(huán)可以確保在輕微損傷發(fā)生的同時不會出現(xiàn)變形問題，從而可以始終保持其良好的密封作用。其中目前比較常用的就是橡膠或者聚四氟乙烯的密封O形環(huán)，后者還表現(xiàn)出良好的防腐蝕性能，比較適合在波紋管或者是V型管中應用。而如果需要在高溫或者低溫的環(huán)境中應用，則需要選擇的密封環(huán)的材質(zhì)最好是不銹鋼等材質(zhì)。針對旋轉(zhuǎn)型的機械密封，則可以使用O形環(huán)來作為滑動密封環(huán)使用。

針對機械密封在受熱時由于出現(xiàn)材料變形或零件變形而改變其負荷能力，導致密封的工作性能降低甚至被燒毀等問題，需要按照不同的熱量大小采取不同的冷卻措施，主要的冷卻措施有自然冷卻、內(nèi)循環(huán)冷卻、外沖洗冷卻以及外循環(huán)冷卻等，還需要做好對密封溫度的控制來實現(xiàn)密封效果的提升[5]。

3.2滑動面泄露問題上的維修策略

在對機械密封裝置進行維護和檢修的過程中，需要對設(shè)備是否出現(xiàn)磨損和劃痕等問題進行認真檢查，確保靜環(huán)表面的精度滿足要求。而且在進行設(shè)計和安裝時盡量對靜止型的機械密封方式進行應用來對磨損問題起到有效預防和解決。而且針對容易出現(xiàn)的滑動部件材料應力變化而導致的密封熱變形的問題，則需要對密封環(huán)的O環(huán)或者石墨環(huán)的保持方式進行改變，從滑動形式向插入式進行改變來解決和預防[6]。

3.3干滑動問題的解決和預防

針對由于滑動發(fā)熱時冷卻不足而引起的滑動面損壞原因，需要在問題發(fā)生時盡量選擇比較完善的密封液以及冷卻水和溫控單元，并且做好對供給管線的巡回檢查，避免出現(xiàn)堵塞的問題。此外，在對機械密封進行選擇時，盡量選擇具有良好耐漿性的靜止型機械密封，實現(xiàn)對干摩擦的有效預防。而且還要對旋轉(zhuǎn)機械的運行管理進行加強，對機械密封壓力等參數(shù)和狀態(tài)進行定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并進行解決，確保機械的完好以及正常運轉(zhuǎn)[7]- [9]。

4 案例分析

4.1高速離心式甲銨泵機封故障原因分析

中國石油蘭州石化公司尿素裝置高壓甲銨泵為美國圣達因生產(chǎn)的HMP3512型臥式、雙級、高速離心泵，大多數(shù)的維修是由于機械密封故障引起的，主要原因是機械振動、機封沖洗水變化和“O”型圈失效造成，現(xiàn)就前兩種的故障原因做以下分析：

4.1.1 機械振動引起的機封故障分析

機械振動檢修主要體現(xiàn)在機封靜環(huán)的密封面均有不同程度的破損，檢查其它零部件均完好無損，根據(jù)經(jīng)驗判斷可能為高速軸振動引起，通過以下三種方式進行排查：

（1）檢查齒輪表面是否有點蝕 、毛刺、裂紋、斷裂的損壞情況，發(fā)現(xiàn)齒輪完好無損。

（2）用壓鉛法測量齒輪嚙合的間隙，通過數(shù)據(jù)比較均符合要求，故可排除齒輪嚙合故障。

（3）檢查徑向圓瓦軸承均無毛刺、損傷、裂紋、剝落、脫皮。用抬軸法檢測徑向間隙，測量值為0.2mm，超過質(zhì)量要求（0.08～0.12mm），由于徑向間隙過大，可能造成軸的振動，從而導致動靜環(huán)密封面的振動與擺動較大，不能保證密封面與旋轉(zhuǎn)軸線的垂直，進而影響密封面液膜的形成，最終導致機封的泄漏。同時也造成了密封面的交變載荷，造成密封面的破裂，導致機封失效。

4.1.2 機封沖洗水變化引起的機封故障分析

泵機封是通過高壓沖洗水強制冷卻的，因此沖洗水的質(zhì)量對機封的影響也是非常主要的，過濾器的精度不夠或者失效都會造成機封的泄漏。

機封沖洗水變化引起的故障原因主要體現(xiàn)在機封動靜環(huán)的摩擦面有劃痕，動靜環(huán)表面有鐵銹及淤泥，且靜環(huán)的摩擦副按下后不能順利復位，有卡澀現(xiàn)象。若對機封靜環(huán)內(nèi)拆解后依舊發(fā)現(xiàn)有鐵銹和淤泥，那故障原因基本就是過濾器的問題，需要檢查過濾是否有破損，并且濾網(wǎng)及腔體是否有鐵銹屑等雜質(zhì)。同時還需要檢查換熱器，由于換熱器的材質(zhì)基本都是碳鋼，在冷卻沖洗水時易結(jié)垢和生銹，導致沖洗水不干凈。

由于動靜環(huán)摩擦副采用的材質(zhì)抗劃痕能力差，沖洗水中的顆粒物質(zhì)在機封振動時進入摩擦副端面后，對端面產(chǎn)生了磨損，從而使密封失效。淤泥及鐵銹造成了機封靜環(huán)上彈簧的腐蝕與推環(huán)的卡澀，進而影響了機封的壓縮量，同樣也造成了機封的失效。

4.2尿素T-GA101A/B泵故障分析及解決方法

中國石油蘭州石化公司化肥廠尿素裝置T-GA101A/B泵是化肥廠的重要設(shè)備之一，由于該泵是單臺運行，它的運行周期直接關(guān)系到合成氨裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性。該泵由大連耐酸泵廠生產(chǎn)，型號是TTMC80B-6，使用電機驅(qū)動。結(jié)構(gòu)為立式五級節(jié)段式單吸多液下泵，徑向剖，中間段用“O”型圈密封并在中段的外部用螺栓將他們連接在一起，采用機械密封。

在對近幾年該泵的檢修統(tǒng)計結(jié)果來看該泵的運行周期短的主要原因是機封泄露，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）機封沖洗水

機封密封腔內(nèi)積垢比較嚴重主要是因為循環(huán)冷卻水比較臟，冷卻水進入密封腔后速度變小，結(jié)垢的存在會使波紋管的壓縮性能降低。

（2）止口定位面變形及各部位配合間隙尺寸變化

由于該泵體較長，解體次數(shù)較多以及在拆卸安裝過程中不可避免的砸、敲等作業(yè)，使得導葉止口定位面變形或間隙變大，各部位配合尺寸改變。

（3）工藝操作不當，開停車頻繁，引發(fā)氣蝕現(xiàn)象

開停車過程中容易造成泵的氣蝕，根據(jù)氣蝕的理論，當泵入口低壓區(qū)壓力小于該溫度下的飽和蒸汽壓時，離心泵會產(chǎn)生氣蝕。高溫液體和易揮發(fā)液體容易氣蝕。而氨泵由于介質(zhì)中含有氨，屬于易揮發(fā)液體，泵入口阻力損失大使介質(zhì)在該溫度下的蒸汽壓會變小，造成泵抽空發(fā)生氣蝕。泵的氣蝕使泵的性能趨于不穩(wěn)定，泵的振動加劇，離心泵的正常運轉(zhuǎn)受到破壞。每次泵軸振動超過允許值時都會加速密封的損壞，從而使泵的故障比較頻繁。

針對以上問題，可從以下三個方面進行故障處理：

（1）針對密封腔較臟的情況，可在循環(huán)水回水前加一排水導淋，定期打開運行泵和備用泵排水導淋，使回水形成近路，這樣有利于密封腔內(nèi)沉淀物的排出，可待水不混濁時關(guān)閉。

（2）當氨泵同時給硝酸裝置和尿素裝置送氨時，可關(guān)閉大回流，開小回流;當僅給硝酸裝置送氨時，要保證大小回流全部打開;當僅給尿素送氨時，可關(guān)閉大回流，全開小回流。

（3）停泵和開泵時，中控和現(xiàn)場操作人員協(xié)調(diào)好泵出口閥、外送閥、蒸汽閥的關(guān)閉程序。

5結(jié)語

針對石油化工機械密封的重要性以及泄露問題所造成的危害，在分析導致出現(xiàn)化學機械密封泄露的密封面平面度損壞、密封面潤滑性損壞、動作性損壞的原因之后，針對動作不良的問題、滑動面和干滑動等問題提出了相應的泄漏問題預防和解決對策，保證石油化工機械密封的良好性能，且在不斷實踐中總結(jié)經(jīng)驗來提高石油化工機械密封技術(shù)水平。

參考文獻：

[1] 王萬里. 關(guān)于化工機械密封問題的探析[J]. 科教導刊-電子版（下旬）， 2015（7）：144.

[2] 周成欣. 關(guān)于化工機械密封技術(shù)應用探究[J]. 科技創(chuàng)新與應用， 2019（18）：156-157.

[3] 秦凱. 泵用機械密封的泄漏原因分析及解決措施[J]. 科學技術(shù)創(chuàng)新， 2018（22）：156-157.

[4] 周治輝. 化工機械密封的泄露問題與對策[J]. 化工設(shè)計通訊， 2017（10）：107.

[5] 楊毅. 苯胺裝置熱水循環(huán)泵機械密封失效原因及措施[J]. 甘肅科技， 2012（20）：55-56.

[6] 劉順榮. 化工機械密封泄露的維修[J]. 化工設(shè)計通訊， 2018（1）：99

[7] 劉彥軍. 機械密封泄露原因及原因分析[J]. 黑龍江科技信息， 2011（21）

[8] 張鵬飛. 化工機械密封的泄露問題與對策[J]. 中國化工貿(mào)易， 2018（1）

[9] 喬楊. 化工機械密封泄露探究及解決措施[J]. 化工管理， 2013（12）：184

作者簡歷：馬劍崢，1982年出生女，回族，甘肅蘭州人，大學本科，助理農(nóng)藝師，目前主要從事化工設(shè)備維護保運及設(shè)備檢維修方面工作。