淺析漿液泵機封失效原因及改造

戰衛斌

（大慶宏偉慶化公司機電儀車間，黑龍江 大慶 163000）

1 設備情況（如表1）

表1 設備情況

2 失效分析

2.1 常規密封失效原因的介紹

普通結構的機械密封失效的因素很多，概括起來有以下幾方面。

（1）腐蝕原因：在工作介質的影響下，機械密封器件受到了侵蝕，在其外部會出現一定的腐蝕面，如果不及時處理，會越來越嚴重，直至出現腐蝕穿透現象，同時，工作介質還會使異種金屬出現電化學腐蝕，鑲環被腐蝕，固定實效。

（2）熱裂、老化原因：工作狀態中，密封面始終在進行干摩擦，冷卻水如果在此時缺失，雜質就會與密封面接觸，出現抽空等癥狀，容易使環的外部產生裂紋，影響摩擦環的使用壽命，密封面泄漏問題也會越來越嚴重。

（3）磨損原因：制造摩擦副的材料如果質量差、硬度低，其摩擦系數必然會增加，端面等比壓也會隨之增加，雜質與密封面接觸的概率增大，如果雜質是固體的，彈簧空間會被雜質塞住，此時，密封面承受的磨損非常大，密封效果不理想。

（4）泵震動與軸向竄動原因：因為機泵在工作過程中會產生氣蝕、窩氣等問題，加上工作時軸承會產生磨損等問題，這些問題都會造成強烈的泵震動與軸向竄動，使摩擦副瞬間損壞，從而引發機械密封失效的嚴重問題。

（5）組裝、運輸等環節的原因：因為組裝不合理，機械密封注入、靜壓測試過程中出現泄漏現象。組裝不合理包括如下幾種類型：①動、靜環貼合面有凹凸，組合過程中不小心產生的碰傷；②動、靜環的密封圈大小不合適，組裝時沒有壓實；③動、靜環的外表存在雜質；④緊定螺釘沒有固定好，彈簧座位置不準；⑤軸套密封圈缺失、沒有壓實。

（6）運轉過程產生的原因：①泵加速運動、抽空使摩擦副受到的壓力加大；②彈簧出現問題；③防轉銷、傳動銷突然出現問題使密封功能喪失；④其他部件出現問題使動、靜環溫度突然上升、下降引發的密封面受損；⑤因為冷熱驟變，摩擦副附近介質出現結晶等問題，使密封功能失效；⑥工作狀態下，泵葉輪軸向竄動額度太高、轉軸運轉速度不穩定和工人使用不當等問題都會引發密封功能的失效。

2.2 洗滌塔循環泵失效原因的分析

根據該泵密封使用情況和失效后的損壞情況, 能夠初步判斷出是選型不精準、安裝不科學、使用不當原因造成的失效。綜合失效部件的現象，該泵機械密封的失效原因大體有以下方面。

（1）動、靜環材料選擇不合適。原機械密封使用的動、靜環的材質為碳化硅，失效形式為傳動銷位置的碎裂。整體SiC-整體SiC的摩擦副質地佳，耐腐蝕能力強，可柔韌度不足，尤其是遇到驟冷條件，其可能會發生“冷脆”“炸裂”，摩擦副損壞嚴重，極大地影響了機械密封的密封功能。

（2）結構設計不合理。該機泵軸徑較大，導致彈簧所處位置線速度非常大，產生較大的離心力，反映到端面上則受力均勻性受到影響。由于彈簧與介質接觸，該介質的特點就是顆粒度大，即使有離心力的作用，但是，介質的對于彈簧的阻塞以及磨蝕作用比較大，導致端面彈簧力缺失，補償力不足。

（3）沖洗方案不合理。API PLAN 32雖然改善了密封運行環境，但受困于沖洗量和介質特性，未起到決定性效果。

（4）工藝原因。“氣蝕”“抽空”“窩氣”等問題會影響機泵的正常運轉。如果泵處于抽空狀態，泵體的振動幅度會非常大，發出極大的噪聲，泵內的壓力也會急劇提升，使機械密封面受到的壓力不均勻，密封環面頻繁地啟動、激烈的振動、干摩擦、碰撞使密封面遭到極大的破壞。這種模式下的密封性能得不到保證，密封失效泄漏的危機會大大提升。

3 改造方案

3.1 結構優化設計

（1）靜止型結構。按照API682，該機泵的軸徑規格偏大，故選擇靜止型結構。

（2）彈簧外置結構。補償元件不與介質接觸，降低介質阻塞彈簧的概率，彈簧更不易失效，補償作用更未定。

（3）大直徑O型圈。增強補償環浮動性，延緩漿液顆粒堆積的負面影響。

（4）動環雙O圈浮動結構。降低動環的軸向和徑向載荷沖擊，使動環運轉狀態更穩定。

（5）節流襯圈。在原密封沖洗方案的基礎上增加固定水封，配合API PLAN 62使用，減少漿料泄漏后對彈簧的阻塞，改善密封運行環境。

3.2 材質優化選擇

（1）密封端面。采用新型鎳基硬質合金。YWN12（Ni基硬質合金，抗腐性能強），使用該材料完成鑲嵌，借助YWN12+YWN12摩擦副的方法，提升機械密封的抗腐能力與抗磨損能力。

（2）補償元件。采用哈氏C-276。哈氏C-276合金是一種含鎢的鎳-鉻-鉬合金，極低的硅碳含量，被認為是萬能的抗腐蝕合金。能夠抵制濕氯、氧化型氯化物等腐蝕物的侵襲，哪怕是處于低溫狀態，或者是放入鹽酸里，奇都能夠有效抵抗腐蝕。因此，近30年來，在苛刻的腐蝕條件下，類似化工、制紙等諸多行業中發揮著積極的作用。

（3）輔助密封圈。采用日本進口膠料，導熱系數高,定型能力好，耐腐蝕、抗油、耐高溫。

（4）金屬部件。接觸介質的金屬結構件，選擇的是2507材料不銹鋼。該材料隸屬于鐵素體—奧氏體(雙相)不銹鋼之范疇，其具備了鐵素體鋼與奧氏體鋼的所有優點,因為該材料中飽含鉻、鉬元素，所以，其耐腐蝕能力超強，能夠有效抵抗縫隙與均勻類型的腐蝕。

3.3 改善機械密封運轉環境

3.3.1 為什么機械密封要采用輔助系統

（1）機封的正常運行對環境的要求極其嚴格。流體設備中（類似泵、離心機等），對運行環境要求最嚴格的就是機械密封。①在強大的軸向力的推動下，其要擔負巨大的沖擊力。②其如同一個散熱器，要及時把大量的熱量傳輸出去。③一方面，要擔負溫度波動、壓力沖擊帶來的壓力；另一方面，還要具有極其強大的耐腐蝕功能，如此大的壓力下，要實現靜密封也是非常不容易的，而現在還需要在快速運行的過程中，在極窄的密封面上完成動密封簡直比登山還難。

（2）輔助裝置有利于優化密封運行環境。①無輔助裝置，優化的范圍只可停留在密封構架、材質等淺層次上（付出的多，卻無法取得理想效果）。②在實踐里，不借助輔助裝備成功完成機械密封的概率非常低。類似高壓下必須借助串聯機械輔助完成密封工作等。③借助輔助裝置，對嚴苛的密封環境要求會適度降低，而密封效果得以提升，運用范圍進一步擴大，對使用的材料質量也不再苛刻，使運營成本下滑。

（3）機械密封端面摩擦熱進一步降低。端面摩擦熱超過了指定標準會產生很多問題：①液膜汽化會受到破壞，影響密封效果；②端面因溫度太高受損嚴重時會發生泄漏現象；③降低抗腐能力；④使密封圈的使用壽命降低；⑤石墨會因為強烈高溫而碳化，引發泄漏事件。因此，端面溫度太高對機械密封效果的影響非常大。

（4）使用輔助裝置的意義。①有效控制溫度，最大程度地保護端面不受損傷。②易汽化介質狀態下，平衡密封腔壓力與飽和蒸氣的壓力，避免汽化現象的發生。③有利于維持低溫泵的內部溫度。④在有雜質與腐蝕介質中的條件下，可以提升密封質量。

（5）良好的密封條件下，借助輔助裝備，可以最大程度地提升密封性能，提升其使用周期。

（6）輔助裝備為機械密封下的重要裝備參考工況異同來精準定位輔助裝備的類型。世界各國一般都采用美國石油學會制定的指標（離心泵API610）。

3.3.2 改善措施

在API PLAN 32的基礎上，增加API PLAN 62方案，最大限度降低漿料泄漏后在彈性原件位置的堆積，降低彈簧卡滯、失彈等失效現象的出現概率。

4 改造效果

慶華公司洗滌塔循環泵P801泵自改造機械密封安裝后，運行平穩，壽命顯著提高。

5 改造結論

基于對失效原因的分析，通過優化機械密封的結構、采用新型的材料已達到如下目的：

（1）把機械密封失敗率降到了最低，使其安全性能得以提升；（2）為了能夠在苛刻的環境中完成密封工作，進一步優化了密封環的質地，使其強度得以提升，并且具有極大的安全性，能夠在機械密封的過程中，有效對抗因劇烈沖擊和頻繁震動帶來的沖擊力；（3）增加了密封設備的使用周期。