關(guān)鍵設(shè)備機(jī)械密封泄漏分析及處理

石全生，李鵬，王鶴

（1.吉林石化公司倉儲(chǔ)中心；2.吉林石化公司高碳醇廠；3.吉林石化公司精細(xì)化學(xué)品廠，吉林 吉林 132000）

1 概述

吉林石化公司煉油廠120萬t/a柴油中壓加氫裝置是為適應(yīng)柴油品質(zhì)升檔、適應(yīng)歐洲二號(hào)燃料標(biāo)準(zhǔn)的要求興建的現(xiàn)代化裝置，為中油重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。該裝置除部分關(guān)鍵儀表、加熱爐管進(jìn)口外，其余全部設(shè)備均實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

裝置在開工后發(fā)現(xiàn)脫丁烷塔底循環(huán)泵（下稱P202）機(jī)械密封頻繁泄漏，經(jīng)常造成一臺(tái)維持生產(chǎn)，一臺(tái)在搶修的局面，嚴(yán)重影響了新裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 故障分析

2.1 常見的幾種機(jī)械密封失效形式

按照密封的失效部位劃分，機(jī)械密封的失效形式大致有三種：運(yùn)動(dòng)摩擦副的失效；彈簧、波紋管的失效；靜密封點(diǎn)的失效。

2.1.1 摩擦副失效原因

（1）輸送介質(zhì)汽化。動(dòng)靜環(huán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部位介質(zhì)汽化，造成摩擦副部位得不到有效的冷卻、潤(rùn)滑，使靜環(huán)嚴(yán)重磨損、熱裂變形失效。

（2）摩擦副干運(yùn)轉(zhuǎn)。由于密封沖洗液量不足或無液，造成摩擦副嚴(yán)重磨損、熱裂（拆下后發(fā)現(xiàn)有變色情況）失效，有時(shí)可能造成相臨的“O”形密封環(huán)因高溫產(chǎn)生硬化開裂失效。

（3）摩擦副部位結(jié)焦或結(jié)晶。由于介質(zhì)在摩擦副部位結(jié)焦積碳或結(jié)晶，使運(yùn)動(dòng)部位得不到有效的潤(rùn)滑，同時(shí)波紋管（彈簧）的預(yù)緊力減小，補(bǔ)償能力降低，致使介質(zhì)從摩擦副部位直接泄漏。

（4）輸送的介質(zhì)潤(rùn)滑性差。由于介質(zhì)潤(rùn)滑性差，使摩擦副部位得不到有效的潤(rùn)滑，造成動(dòng)靜環(huán)嚴(yán)重磨損、熱裂變形失效。

（5）輸送的介質(zhì)臟。輸送的介質(zhì)內(nèi)含有顆粒，進(jìn)入運(yùn)動(dòng)密封面，一方面使密封面打開，被封介質(zhì)泄漏；另一方面造成摩擦副磨損嚴(yán)重，使密封面嚴(yán)重創(chuàng)傷失效。

（6）運(yùn)動(dòng)密封面腐蝕。按照腐蝕的形式可以分為表面腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕和電化學(xué)腐蝕，腐蝕造成的失效形式是一個(gè)持續(xù)的時(shí)間積累過程。

（7）彈簧的端面密封比壓過大。比壓過大一方面造成密封面磨損嚴(yán)重，另一方面由于比壓大使密封面摩擦副產(chǎn)生大量的摩擦熱，如果不能夠及時(shí)、有效的帶走就會(huì)造成密封面失效。

（8）機(jī)泵產(chǎn)生汽蝕或抽空。機(jī)泵的汽蝕或抽空造成運(yùn)動(dòng)密封面得不到有效的潤(rùn)滑、沖洗，造成該部位出現(xiàn)干摩擦失效；同時(shí)由于上述兩種情況造成泵內(nèi)壓力波動(dòng)，波紋管或彈簧的補(bǔ)償能力差，使動(dòng)靜環(huán)間頻繁開啟碰撞，經(jīng)常造成靜環(huán)損壞。

上述幾種主要失效形式是針對(duì)機(jī)械密封摩擦副部位進(jìn)行分析的，對(duì)于內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)的機(jī)械密封，其泄漏的途徑主要從密封軸套和壓蓋間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于摩擦副失效造成的泄漏占整個(gè)機(jī)械密封失效率的80%～95%。

2.1.2 彈性補(bǔ)償元件的失效原因分析

（1）彈簧或波紋管斷裂。由于彈性元件受拉時(shí)伸長(zhǎng)或扭曲時(shí)產(chǎn)生撓曲，尤其在伴有化學(xué)侵蝕情況下更容易造成彈性元件的斷裂失效。應(yīng)力腐蝕開裂是最常見的一種形式。

（2）彈簧卡住、失彈。此種情況多產(chǎn)生于多彈簧形式的密封中，當(dāng)被封的介質(zhì)很臟時(shí)造成部分小彈簧卡住不能產(chǎn)生軸向的補(bǔ)償，使密封端面泄漏。

上述兩種密封失效形式的泄漏原因也不復(fù)雜，只要將密封解體后就會(huì)一目了然。

（3）對(duì)于波紋管機(jī)械密封而言，靜密封點(diǎn)大致有以下幾點(diǎn)：密封壓蓋與泵體；靜環(huán)與密封壓蓋；動(dòng)環(huán)與軸套；軸套與泵軸。實(shí)際生產(chǎn)過程中多數(shù)是由于密封摩擦副部位造成高溫使相臨的靜密封圈固化失效，因靜密封圈材質(zhì)多數(shù)為橡膠或聚四氟乙烯材料，耐高溫性能較差。而上述四點(diǎn)靜密封點(diǎn)中，軸套與軸的密封圈經(jīng)常產(chǎn)生泄漏，泄漏的液體經(jīng)常通過軸與軸套間漏出。對(duì)于熱油泵，由于高溫介質(zhì)泄漏后冒煙嚴(yán)重，給失效形式的判斷帶來了困難。

2.2 P202密封泄漏分析

運(yùn)行工況：

介質(zhì)：柴油；

出口溫度：300℃；

出口壓力：2.36MPa(g)；

密封形式：?jiǎn)味嗣娌y管集裝式密封；

密封沖洗形式：PAN-21方案。

裝置開工正常后，反映出的主要問題為P202泵的機(jī)械密封頻繁泄漏，最初檢查發(fā)現(xiàn)密封油冷器循環(huán)水經(jīng)常汽化，隨即將冷卻水線擴(kuò)徑，同時(shí)將冷卻沖洗方式改為23方案，即密封沖洗液從密封腔內(nèi)通過推進(jìn)環(huán)打出，進(jìn)入冷卻器，返回到密封摩擦副。同時(shí)將沖洗管路上增設(shè)孔板進(jìn)行限流。通過上述改造后密封沖洗液溫度降了下來，但經(jīng)生產(chǎn)運(yùn)行考核后發(fā)現(xiàn)該泵機(jī)械密封泄漏頻次仍沒有得到緩解。停泵后發(fā)現(xiàn)介質(zhì)沿軸套與軸中間泄漏，因此通過判斷密封泄漏的途徑確定該泵的軸端泄漏是由靜密封點(diǎn)泄漏引起的。拆開密封后仔細(xì)觀察密封面確無磨損現(xiàn)象，認(rèn)定為軸套與葉輪間的密封墊片失效造成了泄漏（見圖1中“軸套墊”）。

將原來隨機(jī)帶來的聚四氟乙烯墊改為紫銅墊片，更換后雖然有所緩解，但仍沒能從根本上解決問題，密封仍經(jīng)常泄漏。

經(jīng)過對(duì)原密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)這種密封的結(jié)構(gòu)形式不適應(yīng)當(dāng)前工況要求，原設(shè)計(jì)密封墊位于密封軸套端面，與葉輪間靠密封墊通過旋緊葉輪背帽實(shí)現(xiàn)預(yù)緊密封。由于輸送介質(zhì)的溫度高，軸系上各部件的膨脹系數(shù)不一致，造成軸套端面與葉輪間的墊片補(bǔ)償能力不能滿足要求，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中該點(diǎn)形成泄漏。

圖1 改造前的機(jī)械密封型式

3 解決措施

由于該密封點(diǎn)的處理難度大，故將密封形式徹底改動(dòng)，采用密封軸套內(nèi)部與軸密封的形式，即對(duì)軸套內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)改動(dòng)，在軸套內(nèi)部增加一個(gè)密封點(diǎn)（見圖2）。通過以上分析，密封摩擦副部位沒有問題，考慮到密封沖洗采用23方案后，密封油沒能有效的循環(huán)起來，可能不利于密封摩擦副熱量的帶走，將23方案改為21方案，進(jìn)行自身沖洗。

圖2 改造后的機(jī)械密封型式

4 結(jié)語

熱油泵的機(jī)械密封失效原因有很多種，除了可以通過對(duì)密封的解體檢查分析外，根據(jù)密封泄漏的途徑來判斷密封的失效原因是直觀和有效的一種。通常情況下，確保運(yùn)動(dòng)摩擦副的有效潤(rùn)滑和冷卻是延長(zhǎng)機(jī)械密封壽命的最有效手段。因此，對(duì)動(dòng)密封點(diǎn)的運(yùn)行維護(hù)工作人員都很重視，但往往忽視了靜密封點(diǎn)的泄漏預(yù)防。另外，工況條件的影響對(duì)密封泄漏的影響程度更應(yīng)引起重視。