化工機械密封的泄露問題與維修策略研究

馬劍崢 劉榮 楊欣梓 陳婧

摘要：本文對化工機械密封技術(shù)以及密封結(jié)構(gòu)進行介紹之后，重點從密封面的平面度損壞、潤滑性損壞及動作性損壞三個方面分析了機械密封的泄露原因，并針對不同的原因提出了相應(yīng)的預(yù)防和維修策略。同時以中國石油蘭州石化公司尿素裝置的高壓甲銨泵和T-GA101A/B泵的密封泄漏為例，通過設(shè)備故障原因問題、維修策略的制定，實際維修過程中故障的排查，到最終故障原因的發(fā)現(xiàn)及問題的解決進行深入剖析，為今后實際化工機械密封技術(shù)故障的排查及問題解決的起到積極作用。

關(guān)鍵詞：石油化工機械密封;泄露;維修策略

中圖分類號：? TQ050.7? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0引言

在目前我國經(jīng)濟飛速發(fā)展以及工業(yè)化進程在不斷加快的同時，我國的石油化工行業(yè)也取得了較大的進步和發(fā)展。而石油化工行業(yè)的生產(chǎn)過程中容易遇到易燃易爆以及有毒有害的物品，這些物品對存儲或者輸送所使用的管道、容器以及設(shè)備等有著極高的密封要求。為了實現(xiàn)上述無泄漏的密封要求，在目前的石油化工行業(yè)中比較常用磁力泵和屏蔽泵，而且在對磁力泵隔離套和屏蔽泵屏蔽套進行廣泛應(yīng)用的同時，仍然存在使用年限等無法解決的問題，并且會引發(fā)石油化工機械密封泄露等問題。這就需要針對不同的泄露問題對其原因進行分析，且在泄露發(fā)生時采取必要的維修策略來進行及時和有效的處理。

1石油化工機械密封結(jié)構(gòu)概述

石油化工機械密封結(jié)構(gòu)主要采用的就是機械密封技術(shù)，此種技術(shù)中比較關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)就是一對或者幾對垂直于軸且可以相對滑動的端面，此端面在流體的壓力或者補償機構(gòu)的其他力作用下可以相互接合，然后在輔助密封裝置的協(xié)作下來實現(xiàn)阻漏的作用。通過此技術(shù)，主要的作用就是確保靜環(huán)的接觸面與動環(huán)在運動的過程中也需要保持緊密的貼合，其主要的原理就是對上述靜環(huán)和動環(huán)之間進行一定比壓的施加，這樣就可以通過在二者之間形成一層液體膜來起到密封的作用。

通過對上述機械密封技術(shù)的原理進行介紹可知，在石油化工機械密封結(jié)構(gòu)中比較重要的結(jié)構(gòu)就是靜環(huán)和動環(huán)的端面密封部件，此外，還有其他的輔助部件，如O型、U型或者X型的密封圈等，以及其他的彈簧和推環(huán)等補償部件，傳動螺釘和傳動銷等傳動部件等，推環(huán)、彈簧座、壓蓋以及緊定螺絲等緊固部件等。

上述機械密封技術(shù)以及相應(yīng)的密封結(jié)構(gòu)主要在離心泵、離心機、壓縮機以及反應(yīng)釜等設(shè)備上廣泛應(yīng)用，此種密封技術(shù)在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出比較好的密封性能，不僅具有較少的泄露量，而且功耗比較低且使用壽命比較長。尤其比較適合在自動化生產(chǎn)以及高溫高壓等惡劣環(huán)境條件以及對密封有著嚴格要求的場合中應(yīng)用。

2石油化工機械密封的泄露原因分析

2.1密封面的平面度損壞的原因

不均勻的劃痕和面部切斷痕是比較常見的密封面損壞形式，而導(dǎo)致上述損壞問題的主要原因，或者是出現(xiàn)了泵的密封箱和攪拌器的封頭出現(xiàn)了變形問題或者是損傷問題，或者是存在不夠均勻的螺栓緊固力的原因，在上述原因下就會出現(xiàn)靜環(huán)密封面的變形問題，這就會導(dǎo)致泄漏問題的發(fā)生[1] [2]。此外，在對滑動裝置進行熱裝的過程中，由于溫度會發(fā)生變化且由于存在熱膨脹差而會改變密封面的形狀，這同樣也會由于損壞密封性導(dǎo)致泄漏的問題[3]。

2.2密封面的潤滑性損壞的原因

端面密封主要是對端面液膜的密封作用進行利用，但是也需要其具有一定的潤滑作用來確保其正常運行。而如果上述端面液膜出現(xiàn)損壞時就會出現(xiàn)密封面的干摩擦問題，這就會加劇了此密封面的瞬間磨損以及粗糙程度，嚴重時還會導(dǎo)致其中的硬質(zhì)材料出現(xiàn)裂痕的問題。此外，在出現(xiàn)了上述問題而導(dǎo)致滑動摩擦面的溫度急劇上升時，需要對熱積累現(xiàn)象進行及時的除掉，否則就會造成密封液蒸發(fā)以及潤滑膜消失等問題，這就會引發(fā)上述干摩擦的問題而對密封面造成損壞，從而引發(fā)泄漏問題[4]。

2.3動作性損壞的原因

由于機械密封裝置中的靜環(huán)和動環(huán)需要隨著軸一起轉(zhuǎn)動，而在上述持續(xù)進行的轉(zhuǎn)動過程中也不可避免會改變密封斷面，導(dǎo)致此裝置的軸向移動量的增加和機械密封精度的降低。在長時間的上述問題下就會損壞上述部件并導(dǎo)致變形問題的發(fā)生，這就會由于隨動性的消失而出現(xiàn)泄漏問題。此外，在漿料堆積并阻礙彈簧作用、滑動部件出現(xiàn)動作失控、密封面的表面出現(xiàn)磨損等現(xiàn)象時會加劇上述問題。而且在發(fā)生了滑動密封面的磨損、硬化以及老化等問題時，也會損壞軸和軸套，甚至?xí)霈F(xiàn)彈簧座的磨損和彎曲等問題。

此外，導(dǎo)致石油化工機械密封出現(xiàn)泄露問題通常不是上述某一種原因引起的，而是多種因素疊加在一起而導(dǎo)致的。而導(dǎo)致多種因素同時發(fā)生的主要原因可能就是過度疲勞、受壓不夠均勻以及液膜出現(xiàn)破壞等原因，這就對機械密封結(jié)構(gòu)的安裝以及定期清潔、運行維護和冷卻等提出了較高的要求。

3石油化工機械密封的泄露問題的維修策略

3.1針對動作不良現(xiàn)象的維修策略

為了對動作不良原因引起的泄漏問題起到預(yù)防作用，在進行機械密封結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝中盡量對具有較好耐磨性和橡膠彈性的O形環(huán)進行應(yīng)用，通過此種O形環(huán)可以確保在輕微損傷發(fā)生的同時不會出現(xiàn)變形問題，從而可以始終保持其良好的密封作用。其中目前比較常用的就是橡膠或者聚四氟乙烯的密封O形環(huán)，后者還表現(xiàn)出良好的防腐蝕性能，比較適合在波紋管或者是V型管中應(yīng)用。而如果需要在高溫或者低溫的環(huán)境中應(yīng)用，則需要選擇的密封環(huán)的材質(zhì)最好是不銹鋼等材質(zhì)。針對旋轉(zhuǎn)型的機械密封，則可以使用O形環(huán)來作為滑動密封環(huán)使用。

針對機械密封在受熱時由于出現(xiàn)材料變形或零件變形而改變其負荷能力，導(dǎo)致密封的工作性能降低甚至被燒毀等問題，需要按照不同的熱量大小采取不同的冷卻措施，主要的冷卻措施有自然冷卻、內(nèi)循環(huán)冷卻、外沖洗冷卻以及外循環(huán)冷卻等，還需要做好對密封溫度的控制來實現(xiàn)密封效果的提升[5]。

3.2滑動面泄露問題上的維修策略

在對機械密封裝置進行維護和檢修的過程中，需要對設(shè)備是否出現(xiàn)磨損和劃痕等問題進行認真檢查，確保靜環(huán)表面的精度滿足要求。而且在進行設(shè)計和安裝時盡量對靜止型的機械密封方式進行應(yīng)用來對磨損問題起到有效預(yù)防和解決。而且針對容易出現(xiàn)的滑動部件材料應(yīng)力變化而導(dǎo)致的密封熱變形的問題，則需要對密封環(huán)的O環(huán)或者石墨環(huán)的保持方式進行改變，從滑動形式向插入式進行改變來解決和預(yù)防[6]。

3.3干滑動問題的解決和預(yù)防

針對由于滑動發(fā)熱時冷卻不足而引起的滑動面損壞原因，需要在問題發(fā)生時盡量選擇比較完善的密封液以及冷卻水和溫控單元，并且做好對供給管線的巡回檢查，避免出現(xiàn)堵塞的問題。此外，在對機械密封進行選擇時，盡量選擇具有良好耐漿性的靜止型機械密封，實現(xiàn)對干摩擦的有效預(yù)防。而且還要對旋轉(zhuǎn)機械的運行管理進行加強，對機械密封壓力等參數(shù)和狀態(tài)進行定期檢查，及時發(fā)現(xiàn)其中的問題并進行解決，確保機械的完好以及正常運轉(zhuǎn)[7]- [9]。

4 案例分析

4.1高速離心式甲銨泵機封故障原因分析

中國石油蘭州石化公司尿素裝置高壓甲銨泵為美國圣達因生產(chǎn)的HMP3512型臥式、雙級、高速離心泵，大多數(shù)的維修是由于機械密封故障引起的，主要原因是機械振動、機封沖洗水變化和“O”型圈失效造成，現(xiàn)就前兩種的故障原因做以下分析：

4.1.1 機械振動引起的機封故障分析

機械振動檢修主要體現(xiàn)在機封靜環(huán)的密封面均有不同程度的破損，檢查其它零部件均完好無損，根據(jù)經(jīng)驗判斷可能為高速軸振動引起，通過以下三種方式進行排查：

（1）檢查齒輪表面是否有點蝕 、毛刺、裂紋、斷裂的損壞情況，發(fā)現(xiàn)齒輪完好無損。

（2）用壓鉛法測量齒輪嚙合的間隙，通過數(shù)據(jù)比較均符合要求，故可排除齒輪嚙合故障。

（3）檢查徑向圓瓦軸承均無毛刺、損傷、裂紋、剝落、脫皮。用抬軸法檢測徑向間隙，測量值為0.2mm，超過質(zhì)量要求（0.08～0.12mm），由于徑向間隙過大，可能造成軸的振動，從而導(dǎo)致動靜環(huán)密封面的振動與擺動較大，不能保證密封面與旋轉(zhuǎn)軸線的垂直，進而影響密封面液膜的形成，最終導(dǎo)致機封的泄漏。同時也造成了密封面的交變載荷，造成密封面的破裂，導(dǎo)致機封失效。

4.1.2 機封沖洗水變化引起的機封故障分析

泵機封是通過高壓沖洗水強制冷卻的，因此沖洗水的質(zhì)量對機封的影響也是非常主要的，過濾器的精度不夠或者失效都會造成機封的泄漏。

機封沖洗水變化引起的故障原因主要體現(xiàn)在機封動靜環(huán)的摩擦面有劃痕，動靜環(huán)表面有鐵銹及淤泥，且靜環(huán)的摩擦副按下后不能順利復(fù)位，有卡澀現(xiàn)象。若對機封靜環(huán)內(nèi)拆解后依舊發(fā)現(xiàn)有鐵銹和淤泥，那故障原因基本就是過濾器的問題，需要檢查過濾是否有破損，并且濾網(wǎng)及腔體是否有鐵銹屑等雜質(zhì)。同時還需要檢查換熱器，由于換熱器的材質(zhì)基本都是碳鋼，在冷卻沖洗水時易結(jié)垢和生銹，導(dǎo)致沖洗水不干凈。

由于動靜環(huán)摩擦副采用的材質(zhì)抗劃痕能力差，沖洗水中的顆粒物質(zhì)在機封振動時進入摩擦副端面后，對端面產(chǎn)生了磨損，從而使密封失效。淤泥及鐵銹造成了機封靜環(huán)上彈簧的腐蝕與推環(huán)的卡澀，進而影響了機封的壓縮量，同樣也造成了機封的失效。

4.2尿素T-GA101A/B泵故障分析及解決方法

中國石油蘭州石化公司化肥廠尿素裝置T-GA101A/B泵是化肥廠的重要設(shè)備之一，由于該泵是單臺運行，它的運行周期直接關(guān)系到合成氨裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性。該泵由大連耐酸泵廠生產(chǎn)，型號是TTMC80B-6，使用電機驅(qū)動。結(jié)構(gòu)為立式五級節(jié)段式單吸多液下泵，徑向剖，中間段用“O”型圈密封并在中段的外部用螺栓將他們連接在一起，采用機械密封。

在對近幾年該泵的檢修統(tǒng)計結(jié)果來看該泵的運行周期短的主要原因是機封泄露，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）機封沖洗水

機封密封腔內(nèi)積垢比較嚴重主要是因為循環(huán)冷卻水比較臟，冷卻水進入密封腔后速度變小，結(jié)垢的存在會使波紋管的壓縮性能降低。

（2）止口定位面變形及各部位配合間隙尺寸變化

由于該泵體較長，解體次數(shù)較多以及在拆卸安裝過程中不可避免的砸、敲等作業(yè)，使得導(dǎo)葉止口定位面變形或間隙變大，各部位配合尺寸改變。

（3）工藝操作不當(dāng)，開停車頻繁，引發(fā)氣蝕現(xiàn)象

開停車過程中容易造成泵的氣蝕，根據(jù)氣蝕的理論，當(dāng)泵入口低壓區(qū)壓力小于該溫度下的飽和蒸汽壓時，離心泵會產(chǎn)生氣蝕。高溫液體和易揮發(fā)液體容易氣蝕。而氨泵由于介質(zhì)中含有氨，屬于易揮發(fā)液體，泵入口阻力損失大使介質(zhì)在該溫度下的蒸汽壓會變小，造成泵抽空發(fā)生氣蝕。泵的氣蝕使泵的性能趨于不穩(wěn)定，泵的振動加劇，離心泵的正常運轉(zhuǎn)受到破壞。每次泵軸振動超過允許值時都會加速密封的損壞，從而使泵的故障比較頻繁。

針對以上問題，可從以下三個方面進行故障處理：

（1）針對密封腔較臟的情況，可在循環(huán)水回水前加一排水導(dǎo)淋，定期打開運行泵和備用泵排水導(dǎo)淋，使回水形成近路，這樣有利于密封腔內(nèi)沉淀物的排出，可待水不混濁時關(guān)閉。

（2）當(dāng)氨泵同時給硝酸裝置和尿素裝置送氨時，可關(guān)閉大回流，開小回流;當(dāng)僅給硝酸裝置送氨時，要保證大小回流全部打開;當(dāng)僅給尿素送氨時，可關(guān)閉大回流，全開小回流。

（3）停泵和開泵時，中控和現(xiàn)場操作人員協(xié)調(diào)好泵出口閥、外送閥、蒸汽閥的關(guān)閉程序。

5結(jié)語

針對石油化工機械密封的重要性以及泄露問題所造成的危害，在分析導(dǎo)致出現(xiàn)化學(xué)機械密封泄露的密封面平面度損壞、密封面潤滑性損壞、動作性損壞的原因之后，針對動作不良的問題、滑動面和干滑動等問題提出了相應(yīng)的泄漏問題預(yù)防和解決對策，保證石油化工機械密封的良好性能，且在不斷實踐中總結(jié)經(jīng)驗來提高石油化工機械密封技術(shù)水平。

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作者簡歷：馬劍崢，1982年出生女，回族，甘肅蘭州人，大學(xué)本科，助理農(nóng)藝師，目前主要從事化工設(shè)備維護保運及設(shè)備檢維修方面工作。