泵機械密封的典型故障與維修

宋正坤

（大連深藍泵業(yè)有限公司，遼寧 大連 116036）

一、機械密封的工作原理

機械密封是由靜環(huán)和動環(huán)在垂直于軸的光滑平直的表面相互貼合，并做相對轉(zhuǎn)動而構(gòu)成的密封裝置，它是靠彈簧等彈性元件和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生適當?shù)膲壕o力，使這兩個端面緊密貼合，端面維持極薄的液體膜達到密封的目的，這層液體膜起著潤滑與密封作用。常見機械密封的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二 、機械密封的磨損

機械密封的故障主要是由磨損引起的，常見的機械密封的磨損類型包括粘著磨損、磨料磨損、腐蝕磨損、疲勞磨損、氣蝕。

三、機械密封的典型故障及糾正措施

根據(jù)機械密封磨損的類型，液體介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力等因素綜合分析，常見機械密封典型故障及處理方法如下。

1.當密封面摩擦熱集聚時，端面間液膜發(fā)生局部沸騰

故障特征：密封處發(fā)熱或冒氣（間歇振蕩）。

磨損現(xiàn)象：靜環(huán)被氣蝕，產(chǎn)生彗星狀紋理過程導致窄環(huán)外緣切邊；硬環(huán)發(fā)生熱裂。端面內(nèi)緣處有石墨粉塵堆積。

糾正措施：校核密封設計參數(shù)；改善循環(huán)狀況。

2.干摩擦故障

故障特征：密封處發(fā)熱，端面間液體不足或無液體。

磨損現(xiàn)象：靜環(huán)有嚴重的磨損和凹槽，硬環(huán)表面有擦亮痕跡，或有徑向裂紋（熱裂）和變色；膠圈硬化；石墨環(huán)有唱片狀溝紋。

糾正措施：選用平衡型密封；選用導熱系數(shù)高的硬質(zhì)材料；檢查排氣情況；改善循環(huán)狀況。

3.粘著磨損故障（皰疤）

故障特征：高黏度液體端面間的剪切應力超過材料的破壞強度；停泵時，由于溫度下降液體黏度增大，泵重新啟動時易發(fā)生粘著磨損。

磨損現(xiàn)象：金屬顆粒從端面脫出；硬環(huán)有拋光痕跡；在細小間隙中殘留金屬顆粒。

糾正措施：檢查循環(huán)情況；采用15～30min的蒸氣預熱或低壓蒸汽保溫。

4.磨粒磨損故障

故障特征：介質(zhì)中含有磨削性金屬顆粒。

磨損現(xiàn)象：固體顆粒殘留或堆積在端面和細小間隙等處。

糾正措施：采用耐磨材質(zhì)作為端面；改善循環(huán)條件，采用介質(zhì)清潔過濾裝置，外部潔凈沖洗。

5.端面變形

故障特征：泵啟動時，機械密封發(fā)生泄漏且泄漏量隨時間變化。

磨損現(xiàn)象：將端面在平臺上輕研，有變形痕跡。

糾正措施：自然時效變形，重新研磨；裝配不當，重新仔細裝配；機泵對中不良、軸承損壞，調(diào)整機泵。

6.高溫磨損故障（結(jié)焦）

故障特征：高溫經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)焦故障；液膜泄漏量小時，密封的大氣側(cè)就有結(jié)焦傾向，造成端面磨損。

磨損現(xiàn)象：固體顆粒集聚在滑動件的大氣側(cè)。

糾正措施：改軟質(zhì)端面為硬質(zhì)端面；采用熱水、蒸汽或溶劑作為永久性冷卻措施。

四、維修案例

某煉化企業(yè)裝置中輸送高溫渣油泵的工況參數(shù)見表1。

表1

該泵為典型的高溫、高壓、高速工況，最初密封為單端面高溫波紋管密封，配置見圖2，采取了API682中PLAN32的外沖洗方案，沖洗介質(zhì)為70℃蠟油，壓力2.2MPa。該密封實際上只能連續(xù)運行3個月，頻繁維修，嚴重影響了裝置的連續(xù)運行，也存在著很大的安全隱患。根據(jù)前面所述和對損壞零部件的檢測，對密封失效的原因分析如下。

（1）雖然有70℃蠟油作為輔助的外沖洗，但由于介質(zhì)溫度較高，受工況波動的影響，密封面處溫度仍然較高，較低溫度的沖洗液沖洗不足，致使動靜環(huán)在連續(xù)運行一段時間后出現(xiàn)磨損而發(fā)生泄漏。

（2）由于介質(zhì)中含有細小、堅硬的顆粒，雖有外沖洗液，但仍有少量顆粒會進入密封面，加劇了密封面的磨損。

（3）該密封的配置沒有自動檢測和保護措施，一但發(fā)生泄漏，高溫油品很容易引發(fā)火災，安全隱患突出。

為了保證密封連續(xù)、安全運行，對該泵的密封進行了改進，見圖3。配置雙端面高溫波紋管密封，面對面安裝，采取了API682中PLAN32+53A方案，PLAN32外沖洗介質(zhì)為70°蠟油，壓力2.2MPa。PLAN53A隔離液根據(jù)現(xiàn)場條件使用2.6MPa常溫輕油。該泵密封改進后，使用效果良好，已連續(xù)穩(wěn)定運行1年。密封效果良好的原因如下。

（1）對密封零件材料進行了提升，石墨環(huán)采用優(yōu)質(zhì)的抗起泡進口石墨（美國摩根產(chǎn)品），提升了密封面的抗磨損能力和密封的使用壽命。

（2）由于密封結(jié)構(gòu)的變化，PLAN32外沖洗介質(zhì)從原來沖洗密封面外徑改為沖洗密封面內(nèi)徑，密封面外徑同時增加了PLAN53A系統(tǒng)隔離液的沖洗，使得介質(zhì)側(cè)密封溫度環(huán)境大為改善。同時，由于內(nèi)外沖洗液壓力的不同，介質(zhì)中的顆粒很難侵入密封面，減少了顆粒對密封面的磨損，大幅度提升了密封的使用壽命。

（3）為了提升設備的在線監(jiān)測和自動保護，在PLAN53A系統(tǒng)的儲液罐中安裝了液位和壓力報警和連鎖停車，如果密封發(fā)生泄漏，可以在線監(jiān)測并及時連鎖停車，從而避免安全事故的發(fā)生。

五、應用效果

機械密封的故障是不可避免的，通過建立模式化的故障分析與處理，極大地減少了故障停機時間，降低了維修費用，保障了生產(chǎn)活動的正常進行。