離心泵機械密封故障頻繁問題研判

陳 程 王 征 聶技周 新疆哈密中石油吐哈油田分公司三塘湖采油廠 哈密 839000

1 機械密封結構原理簡述

機械密封是一種旋轉機械的軸封裝置。由于傳動軸貫穿設備內外，軸與設備之間存在一個圓周間隙，設備中的介質會通過該間隙向外泄漏，因此要有一個阻止泄漏的軸封裝置。機械密封就是眾多軸封中的一種，其具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點，是旋轉設備最主要的軸密封方式。機械密封又叫端面密封，其由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用下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。常用機械密封結構由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉環(huán)(動環(huán))、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環(huán)輔助密封圈、靜止環(huán)輔助密封圈、防轉銷、壓蓋等元件組成。

2 機械密封失效原因分析

轉動設備機械密封失效的原因很多，為分析方便，將失效原因分為設計制造性原因和安裝使用性原因。設計制造性原因主要是指由于設計、原材料、生產產生的缺陷及搬運過程中的損壞;安裝使用原因是指在安裝使用過程中導致失效的原因。安裝使用原因按失效的作用機理分為密封面打開、輔助密封件失效、輸送介質影響三大類。

2.1 密封面打開

導致密封面打開原因:①介質由空隙流出，出現(xiàn)瞬時泄漏;②機械雜質由間隙進入摩擦副，磨損密封面，造成永久性泄漏;③由于密封面不斷的打開、閉合循環(huán)，導致因密封面切邊密封性能降低，出現(xiàn)永久性泄漏。

2.1.1 振動過大造成密封面打開

設備緊固不到位、找平對中不到位、設備氣蝕、軸承損壞、基礎剛性差等導致的振動過大造成密封面打開。

2.1.2 補償力不足導致密封面打開

止推面磨損、止推軸承損壞、補償機構原因使補償力不足導致的密封面打開。

2.1.3 其他原因輸送介質在摩擦副上汽化、安裝不當、軸彎曲等導致的密封面打開。

2.2 輔助件密封性降低

導致輔助密封件密封性下降原因:①使輸送介質經輔助密封件與其相鄰原件間的間隙流出;②由于輸送介質及機械雜質經間隙流出造成輔助密封件及其相鄰元件的沖蝕損傷，而導致輔助密封失效。

2.2.1 安裝時清洗不到位

由于安裝時清洗不到位，導致雜質與輔助密封件的相鄰原件間形成空隙而降低密封性甚至導致輔助密封件損壞。

2.2.2 安裝選型不合理

在安裝輔助密封件時，所選輔助密封件直徑或周徑過小、密封件彈性過小、不耐高溫等導致補償量不足?；蛘咚x輔助密封件材料遇酸堿腐蝕硬化而失去補償能力。

2.2.3 其他原因

自制輔助密封件在接頭處因膠水等粘合劑原因而硬化，補償能力下降或失去補償能力。自制輔助密封件粘合處存在錯邊現(xiàn)象，導致密封性降低。自制輔助密封件在使用過程中粘合處脫開。

2.3 輸送介質影響

輸送介質物化性質的影響:①由于所輸送介質的物理化學性質會影響機械密封元件的物化性質導致密封性下降;②機械雜質等造成密封面磨損使密封性下降;③介質汽化密封面開口使密封面出現(xiàn)切邊甚至缺口致密封性降低;④酸堿等化學物質造成機械密封緊固螺釘腐蝕、固定鍵腐蝕而使機械密封發(fā)生軸向竄動而導致密封性降低;⑤輸送介質中含有易結垢的碳酸鹽或易結晶的物質導致補償機構彈性降低而降低密封性。

3 現(xiàn)象與研判

3.1 失效機械密封情況統(tǒng)計

對輸送原油的水平中開式離心泵各次維修拆下的失效機械密封密封件進行檢查分析統(tǒng)計，得到的統(tǒng)計結果見表1。

表1 失效機械密封密封件檢查分析結果

3.2 機械密封失效原因分析

從以上統(tǒng)計數據看，機封失效高壓端為低壓端的十二倍(高壓端失效12 點次，低壓端僅失效1 點次);失效機械密封動密封環(huán)密封面切邊出現(xiàn)8 次，占所有密封件異常情況的61.5%，居故障原因首位，其次是安裝原因導致的局部刺痕出現(xiàn)泄漏占所有密封件異常情況的15.3%。據此分析認為導致該設備機械密封頻繁失效的主要原因:①密封工作壓力高;②由于各種原因導致機械密封密封面頻繁打開導致機械密封動密封環(huán)密封面切邊，因此找出導致機械密封故障的原因是解決問題的前提。

3.3 機械密封密封面頻繁打開的原因

3.3.1 運行工況

在設備試運行過程中對設備運行參數、運行狀態(tài)進行記錄，分析判斷機械密封密封面頻繁打開的原因。對輸送常溫原油的水平中開式離心泵的運行工況進行了觀察檢測，沒有發(fā)現(xiàn)泵軸有明顯的竄動。用對中儀對兩臺泵的找平對中情況進行檢測，檢測數據見表2 (標準要求張口:＜0.06/100mm，錯口:＜0.1mm)。

表2 對中檢測記錄表(mm)

兩臺泵運行時振動情況見表3 。

表3 泵振動檢測記錄表(mm/s)

3.3.2 環(huán)境及參數

該泵安裝在室內，輸送介質為低含水、低鹽、低溶解氣、低含沙的常溫原油，進出口壓力、輸送量相對穩(wěn)定。初步分析可能存在溶解氣氣化、沙磨等導致密封面打開、機封損壞，通過對表1 中的數據分析發(fā)現(xiàn)在更易汽化和進沙的低壓端機封故障幾率僅為高壓端的十二分之一，據此排除該可能性。

3.3.3 維修保養(yǎng)記錄

查看以往的維修保養(yǎng)記錄，沒發(fā)現(xiàn)這兩臺泵有檢查保養(yǎng)機械密封補償能力的動環(huán)座的記錄，詢問相關人員證實由于維修空間所限補償機構維修保養(yǎng)更換難度大，以前維修保養(yǎng)機械密封時僅對密封件進行了保養(yǎng)或更換。

3.3.4 原因確認

(1)將失效機械密封的動環(huán)座拆下進行檢查發(fā)現(xiàn):動環(huán)座中均存在嚴重的油泥和油垢，導致動環(huán)座補償能力大幅降低，且由于油泥和油垢在補償機構中的不均勻性導致補償機構補償力的不平衡。

將動環(huán)座中的油垢油泥清除后，對補償機構進行測試，發(fā)現(xiàn)存在彈簧彈力失衡、彈簧盤活動有卡澀等情況。因此導致補償機構的補償力不平衡。

(2)更換新機械密封動環(huán)座及密封元件，試運行一個月未發(fā)生泄漏，對另一臺泄漏泵的機械密封密封元件及動環(huán)座拆下，僅更換動環(huán)座，密封元件清洗后回裝，進行試運行，一個月未發(fā)生泄漏。據此認為導致機械密封密封面頻繁打開的原因是動環(huán)座補償力不平衡。

4 結語

導致本原油泵機械密封故障頻繁的根源:①高壓端機械密封工作溫度壓力相對低壓端較高，更易結垢;②機械密封動環(huán)座彈簧中積垢，影響補償機構的補償;③機械密封動環(huán)座因為補償機構彈簧使用時間較長，補償力不足。這些原因導致機械密封動環(huán)座不能有效補償，機械密封密封面頻繁打開，出現(xiàn)介質流經密封面沖蝕密封元件、雜質進入密封面磨損密封元件、密封面頻繁開合致機械密封密封面切邊，均會引起密封失效。

1 顧永泉 . 機械密封實用技術［M］. 機械工業(yè)出版社，2001.