論雙端面機械密封在耐腐蝕、易磨損機泵上的應用分析

牛如林

摘要：中石化銷售股份有限公司華南分公司昆明長坡輸油站6萬噸/年蒸餾裝置塔底汽油泵一直使用單端面密封運行，汽油泵介質中存在不易于汽油的油泥、鐵屑等，且采用的單端面機封密封效果較差，油泥堵塞密封后導致密封失效漏油，塔底泵被迫停運，進一步影響裝置的運行使用。根據現場工況，選擇合理的密封結構型式、參數和材料，改造為雙端面機械密封，確保生產裝置安全運行。

關鍵詞：機械密封：改造：選型：輔助沖洗系統

輸油站蒸餾裝置承擔混油處理的艱巨任務，確保了現有條件混油罐的罐容充足，間接性確保了各種成品油輸送任務，一旦發生輸送問題，混油無法得到正常處理，將影響管輸油品的正常輸送，對生產造成極大的影響。所以輸油站良好的運行狀態，關系重大。

現有云南輸油一部長坡輸油站P1002A/B柴油泵一直使用單端面機械密封，由于混油處理存在雜質，泵處于24H全運行狀態，導致每套泵機械密封使用壽命基本在兩個月左右，更換頻繁，對輸油站的安全運行很不利。為了輸油裝置安全運行，決定嘗試將原單端面密封改造為雙端面機械密封使用，增加密封輔助沖洗系統，提高密封使用的安全性和壽命。

1.現場運行工況：

原機械密封型式見下圖所示：

原密封型式為清潔介質常用單端面型式，端面配對為石墨對碳化硅，O型圈為耐高溫氟橡膠。

拆解失效密封發現，動環、靜環端面均有較深環裝磨損痕跡;石墨端面有蝕點，存在泡疤現象;金屬件以及彈簧附著顆粒、黑色結焦物等雜質，彈簧存在卡死現象;O型圈硬化。很明顯密封失效的原因為端面磨損嚴重，無法有效貼合。

2. 更換雙端面機械密封簡介

（1）雙端面機械密封原理：雙端面機械密封原理與單端面機械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補償機構彈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。雙端面機械密封結構如工作時，由流體壓力（介質壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環的端面上產生一個適當的比壓（壓緊力），使兩個接觸端面（動環、靜環端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目

（2）雙端面機械密封特征：雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄露。一般雙端面密封都需要外供密封液系統，向密封腔內引入封液進行堵封、潤滑和冷卻，且多為循環冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機械密封工作環境，還可以作為一級密封面是否失效的重要檢測手段。

3.改造方案

現場實際輸送介質柴油中含有顆粒等雜質，原機械密封結構型式在長時間運行后，彈性元件容易積垢阻塞，對端面參數有影響引起泄漏。而且現場無氮氣源，串聯式密封的大氣側密封無法使用帶壓沖洗方案PLAN53A，而PLAN53B或PLAN53C成本太高，故考慮采用PLAN11+52方案，增加大氣側密封油儲罐。

PLAN52儲罐系統為雙機械密封的沖洗輔助系統，其作用是儲存緩沖液，潤滑密封端面，并同時導出密封端面產生的摩擦熱和密封腔內自身的熱量，從而改善機械密封的工作環境，提高機械密封的可靠性和使用壽命，擴大機械密封的適用范圍。儲罐系統參照API682和GB150標準設計、制造。為改善機械密封工作環境而配備，同時對機械密封工作狀況有一定的監控作用。在試車時通過與緩沖液進口BI相連的溫度表觀測溫度，正常運行時溫度會有一定升高，當系統達到平衡時，溫度維持在一定值。如發現儲罐液位上升，可以判斷介質側密封出現泄漏，應停泵及時更換密封。

密封結構型式選用串聯式機械密封，保證介質側密封失效后，大氣側安全密封仍起作用，便于現場切泵維修;介質側選用彈簧外裝式結構，能很好保護彈性元件不接觸介質，避免彈力發生改變進而影響端面比壓，大氣側為通用標準結構;介質側端面配對為碳化硅對碳化硅，有效應對含顆粒介質干擾，大氣側為石墨對碳化硅，保證端面良好的潤滑性;介質側選用進口全氟醚密封圈，該種O型圈有良好的耐高溫耐化學性能，大氣側選用氟橡膠O型圈。

密封設計參數：

介質側端面參數：密封端面外徑d2=Φ71.5mm，密封端面內徑d1=Φ63.5mm，平衡直徑d0=Φ66mm

則有彈簧比壓PS=0.252;載荷系數K=0.70;端面比壓PS=0.352

大氣側端面參數：d2=Φ55.7mm，d1=Φ47.7mm，d0=Φ50mm

則有彈簧比壓PS=0.252;載荷系數K=0.73;端面比壓PS=0.252

設計適當增加介質側端面比壓，提高了靜環的軸向補償力，增強動環的追隨性，保證密封端面緊密貼合，減少介質滲漏可能性。

改造后密封結構型式見下圖所示

4、改造結果

自2019年8月安裝使用新結構密封和輔助沖洗系統后，無泄漏現象，使用情況良好，密封使用6個月以上，極大的降低維修頻率，提高裝置輸送能力。

5、失效分析

轉動設備故障中，雙端面機械密封失效機理與單端面機械密封失效機理基本相同，主要是密封面的失效。在機泵運行過程中，由于摩擦和攪拌產生的熱量會使密封面溫度升高，加之介質的影響，就會出現密封面介質的氣化、密封環變形、熱磨損，甚至出現熱裂。有的介質在溫度變化時會加劇固化、聚合、結晶、結焦和腐蝕。種種非正常的工況將加劇或者短期內直接導致密封失效。

6、日常維護

雙端面機械密封密封失效的主要原因是操作的問題，因此做好日常維護工作，為其提供一個合理的工況，是密封運轉正常、良好的前提。做好日常維護應保證以下幾點：

（1）啟動前檢查輔助裝置是否正常，保證密封液系統液位、壓力在操作范圍之內，各處密封良好。按轉動方向盤車通過雙端面機封泵效環將機封內充滿液體。

（2）不要使泵抽空避免密封端面發生干摩擦。

（3）經常檢查輔助裝置是否正常工作：

a、注意密封液液面的位置，油位降低要經常補充，壓力降低要補氣保壓。

b、定期排放泄漏液。

c、經常檢查冷卻水管、沖洗管等，杜絕發生堵塞，防止突然停水而使冷卻、沖洗效果不好，造成密封失效。

（4）防止機器本身振動、發熱等對密封的影響。

a、注意異常聲響，振動可造成防轉銷等松開、脫出。

b、注意異常發熱，如：軸承發熱是否正常，并作合理調整。

7、結論

從密封機理上看，無論是雙端面機械密封還是單端面機械密封都是將較難控制、泄漏量大的軸密封轉變成比較容易控制的端面密封（摩擦副）、靜密封和偽靜密封。兩級端面密封給予雙端面機械密封安全可靠，對外無泄漏的特點。根據摩擦副布置形式以及密封液系統，雙端面機械密封在結構上有多種形式，以滿足多種工況的要求。雙端面機械密封失效的原因很多，也很復雜，可以通過采取相應的措施來解決。雙端面機械密封泄露與工藝操作及安裝檢修有直接關系。在日常生產中應規范操作，加強管理，對故障做總結分析，是保證和提高密封效率及壽命的必要措施。

8.結束語

機械密封需要根據輸送介質具體性質來選擇合適的結構型式和沖洗系統。合理的機械密封選型可以極大的降低維修頻率，節約檢修成本，增加裝置的安全性以及穩定運行能力，提高經濟效益。6萬噸/年蒸餾裝置塔底汽油泵雙端面機械密封改造后，根據實際應用效果后，可推廣使用在長坡站3萬噸/年蒸餾裝置塔底柴油泵、汽油泵上，改造后預計每年可節省企業修理費支出20萬元左右，具備十分重要的推廣作用。

9、參考文獻

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【4】陳德才，崔德容? 機械密封設計制造與使用【M】北京機械工業出版社 1993