常見機(jī)械密封失效原因與改進(jìn)建議

高威

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司煉油廠，遼寧遼陽(yáng)111003）

常見機(jī)械密封失效原因與改進(jìn)建議

高威

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司煉油廠，遼寧遼陽(yáng)111003）

機(jī)械密封是旋轉(zhuǎn)設(shè)備普遍采用的軸封形式，屬于易損件。例舉550萬(wàn)噸/年俄羅斯原油加工裝置典型的機(jī)械密封泄漏事例，分別從部門或崗位間溝通不及時(shí)、密封設(shè)計(jì)缺陷、檢修質(zhì)量不過(guò)關(guān)、誤操作及備件質(zhì)量不合格等方面，分析機(jī)械密封泄漏的原因并提出改進(jìn)建議。

機(jī)械密封；泄漏；原因分析；改進(jìn)建議

0 前言

550萬(wàn)噸/年俄羅斯原油加工裝置旋轉(zhuǎn)設(shè)備選用的107套機(jī)械密封，在設(shè)備運(yùn)行中，各種原因造成的泄漏，使設(shè)備處于不完好狀態(tài)，成為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行的隱患。通過(guò)典型案例，從人為因素、設(shè)計(jì)缺陷、檢修質(zhì)量、操作方法與備件質(zhì)量等方面進(jìn)行分析，并提出相關(guān)建議。

1 設(shè)備異常運(yùn)行造成的機(jī)械密封泄漏

1.1 案例一

（1）故障現(xiàn)象。裝置檢修后開工運(yùn)行，初底油泵（型號(hào)DSJH8×10×20）電機(jī)與泵同時(shí)竄軸、出口壓力與電流表指針波動(dòng)，此時(shí)出口與入口間聯(lián)通線處于全關(guān)狀態(tài)。打開出口與入口聯(lián)通線閥門后，泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)恢復(fù)正常，但因后路流量不能滿足生產(chǎn)要求，再次關(guān)閉聯(lián)通線閥門，運(yùn)行未至開車完畢，設(shè)備的機(jī)械密封已出現(xiàn)明顯泄漏。

（2）原因分析。開工初期由于裝置內(nèi)儲(chǔ)存的沖洗油量較少，工作介質(zhì)溫度較低，按操作規(guī)程要求，此時(shí)不投用沖洗油，密封周圍的生產(chǎn)介質(zhì)中含有部分雜質(zhì)，而開工時(shí)的處理量接近設(shè)備的最低處理量，易造成設(shè)備出現(xiàn)竄軸等異常情況。設(shè)備竄軸使密封面壓力忽高忽低，當(dāng)壓力低于密封腔壓力時(shí)，雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入密封面間，密封面磨損造成泄漏。

（3）改進(jìn)建議。開工總量較低的情況下，利用設(shè)備出口與入口間的聯(lián)通線閥門進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證設(shè)備工作流量能滿足其正常運(yùn)行；對(duì)沖洗油罐進(jìn)行擴(kuò)容，使容量滿足裝置正常開工對(duì)沖洗油量的需要。

1.2 案例二

（1）故障現(xiàn)象。設(shè)備運(yùn)行中初頂產(chǎn)品回流泵（型號(hào)150PHP-250C）出現(xiàn)抽空現(xiàn)象，根據(jù)介質(zhì)入口來(lái)量情況反復(fù)啟停泵后，機(jī)械密封處出現(xiàn)明顯泄漏。

（2）原因分析。當(dāng)離心泵的入口介質(zhì)來(lái)量不足時(shí)，離心泵處于抽空狀態(tài)。此時(shí)，采用自沖洗方案的密封端面無(wú)液，干摩擦造成密封泄漏。

（3）改進(jìn)建議。相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)離心泵入口油位低時(shí)，應(yīng)降低設(shè)備外送量并查找原因，在無(wú)法保證設(shè)備安全運(yùn)行的情況下，應(yīng)立即停機(jī)，待異常狀態(tài)解除后，再將設(shè)備投用。

2 溝通不及時(shí)造成的機(jī)械密封損壞

2.1 案例一

（1）故障現(xiàn)象。檢查3級(jí)抽真空系統(tǒng)水環(huán)真空泵（型號(hào)2BE1-303-OH5D-OS740）運(yùn)行情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)密封壓蓋處溫度過(guò)高，將水環(huán)真空泵切換到3級(jí)蒸汽噴射器為時(shí)已晚，水環(huán)真空泵兩端機(jī)械密封已經(jīng)出現(xiàn)泄漏。

（2）原因分析。裝置減壓塔頂采用3級(jí)抽真空系統(tǒng)，其中第三級(jí)是蒸汽噴射器與水環(huán)真空泵并聯(lián)的設(shè)置，多數(shù)情況下投用水環(huán)真空泵。水環(huán)真空泵是雙支撐型，兩端軸封為雙端面機(jī)械密封，密封沖洗介質(zhì)是新鮮水。由于廠內(nèi)各部門之間溝通不及時(shí)，車間未能在第一時(shí)間得知新鮮水因搶修中斷的信息，水環(huán)真空泵在機(jī)械密封冷卻水中斷的情況下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，密封處無(wú)沖洗液進(jìn)行冷卻，密封組件干磨造成損壞。

（3）改進(jìn)建議。停運(yùn)新鮮水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)事先通知生產(chǎn)車間，提前進(jìn)行設(shè)備切換。

2.2 案例二（圖1）

（1）故障現(xiàn)象。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)污油罐液位已拉低到最低（約5%），此時(shí)DCS已顯示污油泵空轉(zhuǎn)，停泵后再次外送污油時(shí)，輔助密封系統(tǒng)儲(chǔ)液罐中的緩沖液開始上漲，即機(jī)械密封已經(jīng)泄漏。

（2）原因分析。裝置污油泵是雙螺桿泵（型號(hào)為TY2GZSZ4－22），由于介質(zhì)的危險(xiǎn)性較高，軸封處采用了雙端面機(jī)械密封，4套機(jī)械密封共用1臺(tái)緩沖液罐，操作規(guī)程規(guī)定污油罐液位達(dá)到70%～75%允許啟動(dòng)污油泵，污油罐液位到15%～20%必須停運(yùn)污油泵。內(nèi)操作與外操作溝通不及時(shí)，使得污油泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)；另外，該泵入口過(guò)濾器過(guò)濾精度偏低、入口污油罐低油位時(shí)含雜質(zhì)較多，污油泵在低液位運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，罐內(nèi)雜質(zhì)被帶到密封端面處，損傷端面造成機(jī)械密封泄漏。

（3）改進(jìn)建議。在進(jìn)行某項(xiàng)操作時(shí)，崗位之間要及時(shí)溝通，按規(guī)程要求投用或停運(yùn)設(shè)備。

3 設(shè)計(jì)缺陷造成的密封泄漏

3.1 案例一（圖2）

（1）故障現(xiàn)象。裝置內(nèi)的常二線泵（型號(hào)600PHE-D400-520）等高溫設(shè)備選用的是雙端面機(jī)械密封，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)泄漏。一些設(shè)備更換密封后，投用運(yùn)轉(zhuǎn)即出現(xiàn)泄漏；部分運(yùn)轉(zhuǎn)3～4 d后出現(xiàn)泄漏。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)大部分密封的介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)與軸承間的傳動(dòng)螺釘松動(dòng)，介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)從軸套上甩出，使介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)與靜環(huán)分離造成密封失效；個(gè)別分離嚴(yán)重的，介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)座與其他部件接觸，造成損傷。

圖1 機(jī)械密封損壞

圖2 設(shè)計(jì)缺陷造成密封泄漏

（2）原因分析。設(shè)備預(yù)熱時(shí)，由于介質(zhì)溫度高及各部件熱脹系數(shù)的不同，使傳動(dòng)螺釘松動(dòng)；軸套內(nèi)側(cè)為光面，沒(méi)有專用的軸向定位，造成動(dòng)環(huán)從軸套處甩出，造成密封泄漏。

（3）改進(jìn)建議。在密封軸套對(duì)應(yīng)介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)附近加工一道環(huán)向槽，使傳動(dòng)螺釘能頂至槽中，形成軸向定位，防止傳動(dòng)螺釘松脫造成密封泄漏。

3.2 案例二

（1）故障現(xiàn)象。裝置常壓塔大修時(shí)增加了常四線系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)常四線油泵（型號(hào)100*50WEZ400）。鑒于常四線油為高溫易燃介質(zhì)，該離心泵的軸封處選用的雙端面機(jī)械密封，輔助密封系統(tǒng)采用PLAN32＋53A方案。在設(shè)備投備用過(guò)程中，機(jī)械密封出現(xiàn)嚴(yán)重泄漏。

（2）原因分析。輔助密封系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐罐頂與氮?dú)饩€間沒(méi)有減壓閥，使氮線系統(tǒng)1.6 MPa的壓力直接作用于機(jī)械密封端面而產(chǎn)生泄漏。

（3）改進(jìn)建議。輔助密封系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐罐頂與氮?dú)饩€間增加減壓閥。

4 檢修質(zhì)量低造成的密封泄漏

4.1 案例一

（1）故障現(xiàn)象。裝置雙支撐多級(jí)封油泵（型號(hào)74DAY45×7）因軸向力不平衡、轉(zhuǎn)子與定子間麿損而解體檢修，檢修完成后試運(yùn)轉(zhuǎn)不到1 min，里口密封處即出現(xiàn)泄漏并起火。解體檢查發(fā)現(xiàn)，密封端面已經(jīng)完全麿損，小彈簧被完全壓死失效，既封油泵的軸向力不平衡問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，油泵啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子整體向電機(jī)端方向施力，里口密封端面壓力過(guò)大，造成短時(shí)間內(nèi)急劇磨損而出現(xiàn)泄漏起火。

（2）原因分析。檢修人員在測(cè)量轉(zhuǎn)子竄量后，計(jì)算軸承定位數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)失誤，計(jì)算錯(cuò)誤導(dǎo)致后端機(jī)械密封壓縮量處于指標(biāo)之內(nèi)，前端機(jī)械密封壓縮量超標(biāo)被壓死。

（3）改進(jìn)建議。多級(jí)泵維修要按檢修規(guī)程進(jìn)行，精確測(cè)量計(jì)算轉(zhuǎn)子的總竄量、半竄量及機(jī)械密封壓縮量等相關(guān)指標(biāo)參數(shù)。

4.2 案例二（圖3）

（1）故障現(xiàn)象。裝置常三線油泵（型號(hào)320PHPE-B315-141）出現(xiàn)泄漏，檢修更換機(jī)械密封后設(shè)備投備用。剛投用輔助密封系統(tǒng)密封處即出現(xiàn)泄漏。解體發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封靜環(huán)端面損壞。

（2）原因分析。密封組裝時(shí)，施力不當(dāng)造成密封環(huán)損壞。

（3）改進(jìn)建議。密封組裝時(shí)要找好著力點(diǎn)恰當(dāng)施力，對(duì)容易損壞的部位做好保護(hù)。

5 誤操作造成的機(jī)械密封泄漏

5.1 案例一

（1）故障現(xiàn)象。裝置減頂二

級(jí)濕空冷噴淋水泵A1008/1-P7B（型號(hào)SLS40－200）機(jī)械密封泄漏，噴水嚴(yán)重。檢查發(fā)現(xiàn)該泵處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，而出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，脫鹽水帶著部分汽體從密封處泄漏，停泵測(cè)量泵體外表測(cè)溫達(dá)112℃。

（2）原因分析。離心泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出口閥處于打開狀態(tài)，葉輪、泵體等部件的摩擦熱被介質(zhì)帶走。出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，介質(zhì)與葉輪、泵體等部件的摩擦熱在泵體內(nèi)部積聚，脫鹽水溫度升高到汽化溫度后汽化，泵體內(nèi)部壓力升高，將密封面頂分離造成泄漏。

（3）改進(jìn)建議。濕空冷噴淋水泵設(shè)置為1開1備，投用的設(shè)備要保證入口閥全開、出口閥有一定的開度；備用的設(shè)備要保證入口閥全開、出口閥全關(guān)、并且電機(jī)處于非運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

5.2 案例二

（1）故障現(xiàn)象。裝置初底油泵（型號(hào)DSJH8*10*20）更換兩端密封后投入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)泵前端輔助密封系統(tǒng)與機(jī)械密封間聯(lián)通的兩道閥門未打開，打開閥門后，大氣側(cè)密封已出現(xiàn)泄漏。

（2）原因分析。更換機(jī)械密封過(guò)程中，上述兩道閥門到機(jī)械密封間隔離液已排凈，當(dāng)設(shè)備回裝后，該段與大氣側(cè)密封間處于無(wú)液狀態(tài)。按操作規(guī)程要求，設(shè)備投備用狀態(tài)時(shí)，這兩道閥門應(yīng)處于全開狀態(tài)。但在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這兩道閥門處于全關(guān)狀態(tài)，即大氣側(cè)密封是在無(wú)隔離液的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，密封端面無(wú)法形成液膜，處于干磨狀態(tài)，端面處產(chǎn)生不均勻的磨損。打開閥門投用隔離液時(shí)，大氣側(cè)密封出現(xiàn)泄漏。

（3）改進(jìn)建議。按照操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)備的備用、投用、停用與切換操作。投用設(shè)備前要確保設(shè)備處于規(guī)程要求的備用狀態(tài)。

圖3 密封損壞

6 備件質(zhì)量差造成的機(jī)械密封損壞

6.1 案例一

（1）故障現(xiàn)象。裝置給水泵（型號(hào)WDF25-50）故障檢修完畢后做充水試驗(yàn)時(shí)設(shè)備密封完好無(wú)泄漏。按操作規(guī)程進(jìn)行設(shè)備切換，在設(shè)備投用運(yùn)轉(zhuǎn)的瞬間，外口機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏。

（2）原因分析。當(dāng)設(shè)備投備用狀態(tài)時(shí)，由于系統(tǒng)壓力較低并沒(méi)有顯現(xiàn)出泄漏狀態(tài)；當(dāng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于壓力增大較多，加上部件跳動(dòng)等原因，密封立即出現(xiàn)泄漏，說(shuō)明機(jī)械密封質(zhì)量存在問(wèn)題。

（3）改進(jìn)建議。通過(guò)相關(guān)部門將此信息反饋給供貨商，要求其加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理，通過(guò)合理有效的措施提高供貨產(chǎn)品的質(zhì)量，保證所供產(chǎn)品能滿足裝置現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

6.2 案例二

（1）故障現(xiàn)象。裝置電脫鹽二級(jí)注水泵（型號(hào)400FCY120B-290）密封泄漏進(jìn)行更換，在將新密封投入生產(chǎn)系統(tǒng)檢查密封性時(shí)，密封處泄漏生產(chǎn)介質(zhì)。二次拆檢發(fā)現(xiàn)動(dòng)環(huán)波動(dòng)管組件撕裂。

（2）原因分析。機(jī)械密封質(zhì)量存在問(wèn)題，波紋管組件質(zhì)量差。

（3）改進(jìn)建議。更換密封前對(duì)新密封進(jìn)行加壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換；加強(qiáng)對(duì)密封供貨商的考核，要求其加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量管理。

〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.46