論雙端面機(jī)械密封在耐腐蝕、易磨損機(jī)泵上的應(yīng)用分析

牛如林

摘要：中石化銷售股份有限公司華南分公司昆明長(zhǎng)坡輸油站6萬噸/年蒸餾裝置塔底汽油泵一直使用單端面密封運(yùn)行，汽油泵介質(zhì)中存在不易于汽油的油泥、鐵屑等，且采用的單端面機(jī)封密封效果較差，油泥堵塞密封后導(dǎo)致密封失效漏油，塔底泵被迫停運(yùn)，進(jìn)一步影響裝置的運(yùn)行使用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況，選擇合理的密封結(jié)構(gòu)型式、參數(shù)和材料，改造為雙端面機(jī)械密封，確保生產(chǎn)裝置安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封：改造：選型：輔助沖洗系統(tǒng)

輸油站蒸餾裝置承擔(dān)混油處理的艱巨任務(wù)，確保了現(xiàn)有條件混油罐的罐容充足，間接性確保了各種成品油輸送任務(wù)，一旦發(fā)生輸送問題，混油無法得到正常處理，將影響管輸油品的正常輸送，對(duì)生產(chǎn)造成極大的影響。所以輸油站良好的運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)系重大。

現(xiàn)有云南輸油一部長(zhǎng)坡輸油站P1002A/B柴油泵一直使用單端面機(jī)械密封，由于混油處理存在雜質(zhì)，泵處于24H全運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致每套泵機(jī)械密封使用壽命基本在兩個(gè)月左右，更換頻繁，對(duì)輸油站的安全運(yùn)行很不利。為了輸油裝置安全運(yùn)行，決定嘗試將原單端面密封改造為雙端面機(jī)械密封使用，增加密封輔助沖洗系統(tǒng)，提高密封使用的安全性和壽命。

1.現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況：

原機(jī)械密封型式見下圖所示：

原密封型式為清潔介質(zhì)常用單端面型式，端面配對(duì)為石墨對(duì)碳化硅，O型圈為耐高溫氟橡膠。

拆解失效密封發(fā)現(xiàn)，動(dòng)環(huán)、靜環(huán)端面均有較深環(huán)裝磨損痕跡;石墨端面有蝕點(diǎn)，存在泡疤現(xiàn)象;金屬件以及彈簧附著顆粒、黑色結(jié)焦物等雜質(zhì)，彈簧存在卡死現(xiàn)象;O型圈硬化。很明顯密封失效的原因?yàn)槎嗣婺p嚴(yán)重，無法有效貼合。

2. 更換雙端面機(jī)械密封簡(jiǎn)介

（1）雙端面機(jī)械密封原理：雙端面機(jī)械密封原理與單端面機(jī)械密封基本相同，都是靠垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面（摩擦副）在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。雙端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)如工作時(shí)，由流體壓力（介質(zhì)壓力）和彈性元件的彈力等引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個(gè)適當(dāng)?shù)谋葔海▔壕o力），使兩個(gè)接觸端面（動(dòng)環(huán)、靜環(huán)端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達(dá)到密封的目

（2）雙端面機(jī)械密封特征：雙端面機(jī)械密封有兩道端面密封，若一級(jí)密封失效，二級(jí)密封仍然可密封，防止泄露。一般雙端面密封都需要外供密封液系統(tǒng)，向密封腔內(nèi)引入封液進(jìn)行堵封、潤(rùn)滑和冷卻，且多為循環(huán)冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機(jī)械密封工作環(huán)境，還可以作為一級(jí)密封面是否失效的重要檢測(cè)手段。

3.改造方案

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際輸送介質(zhì)柴油中含有顆粒等雜質(zhì)，原機(jī)械密封結(jié)構(gòu)型式在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，彈性元件容易積垢阻塞，對(duì)端面參數(shù)有影響引起泄漏。而且現(xiàn)場(chǎng)無氮?dú)庠?，串?lián)式密封的大氣側(cè)密封無法使用帶壓沖洗方案PLAN53A，而PLAN53B或PLAN53C成本太高，故考慮采用PLAN11+52方案，增加大氣側(cè)密封油儲(chǔ)罐。

PLAN52儲(chǔ)罐系統(tǒng)為雙機(jī)械密封的沖洗輔助系統(tǒng)，其作用是儲(chǔ)存緩沖液，潤(rùn)滑密封端面，并同時(shí)導(dǎo)出密封端面產(chǎn)生的摩擦熱和密封腔內(nèi)自身的熱量，從而改善機(jī)械密封的工作環(huán)境，提高機(jī)械密封的可靠性和使用壽命，擴(kuò)大機(jī)械密封的適用范圍。儲(chǔ)罐系統(tǒng)參照API682和GB150標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造。為改善機(jī)械密封工作環(huán)境而配備，同時(shí)對(duì)機(jī)械密封工作狀況有一定的監(jiān)控作用。在試車時(shí)通過與緩沖液進(jìn)口BI相連的溫度表觀測(cè)溫度，正常運(yùn)行時(shí)溫度會(huì)有一定升高，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)，溫度維持在一定值。如發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)罐液位上升，可以判斷介質(zhì)側(cè)密封出現(xiàn)泄漏，應(yīng)停泵及時(shí)更換密封。

密封結(jié)構(gòu)型式選用串聯(lián)式機(jī)械密封，保證介質(zhì)側(cè)密封失效后，大氣側(cè)安全密封仍起作用，便于現(xiàn)場(chǎng)切泵維修;介質(zhì)側(cè)選用彈簧外裝式結(jié)構(gòu)，能很好保護(hù)彈性元件不接觸介質(zhì)，避免彈力發(fā)生改變進(jìn)而影響端面比壓，大氣側(cè)為通用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu);介質(zhì)側(cè)端面配對(duì)為碳化硅對(duì)碳化硅，有效應(yīng)對(duì)含顆粒介質(zhì)干擾，大氣側(cè)為石墨對(duì)碳化硅，保證端面良好的潤(rùn)滑性;介質(zhì)側(cè)選用進(jìn)口全氟醚密封圈，該種O型圈有良好的耐高溫耐化學(xué)性能，大氣側(cè)選用氟橡膠O型圈。

密封設(shè)計(jì)參數(shù)：

介質(zhì)側(cè)端面參數(shù)：密封端面外徑d2=Φ71.5mm，密封端面內(nèi)徑d1=Φ63.5mm，平衡直徑d0=Φ66mm

則有彈簧比壓PS=0.252;載荷系數(shù)K=0.70;端面比壓PS=0.352

大氣側(cè)端面參數(shù)：d2=Φ55.7mm，d1=Φ47.7mm，d0=Φ50mm

則有彈簧比壓PS=0.252;載荷系數(shù)K=0.73;端面比壓PS=0.252

設(shè)計(jì)適當(dāng)增加介質(zhì)側(cè)端面比壓，提高了靜環(huán)的軸向補(bǔ)償力，增強(qiáng)動(dòng)環(huán)的追隨性，保證密封端面緊密貼合，減少介質(zhì)滲漏可能性。

改造后密封結(jié)構(gòu)型式見下圖所示

4、改造結(jié)果

自2019年8月安裝使用新結(jié)構(gòu)密封和輔助沖洗系統(tǒng)后，無泄漏現(xiàn)象，使用情況良好，密封使用6個(gè)月以上，極大的降低維修頻率，提高裝置輸送能力。

5、失效分析

轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備故障中，雙端面機(jī)械密封失效機(jī)理與單端面機(jī)械密封失效機(jī)理基本相同，主要是密封面的失效。在機(jī)泵運(yùn)行過程中，由于摩擦和攪拌產(chǎn)生的熱量會(huì)使密封面溫度升高，加之介質(zhì)的影響，就會(huì)出現(xiàn)密封面介質(zhì)的氣化、密封環(huán)變形、熱磨損，甚至出現(xiàn)熱裂。有的介質(zhì)在溫度變化時(shí)會(huì)加劇固化、聚合、結(jié)晶、結(jié)焦和腐蝕。種種非正常的工況將加劇或者短期內(nèi)直接導(dǎo)致密封失效。

6、日常維護(hù)

雙端面機(jī)械密封密封失效的主要原因是操作的問題，因此做好日常維護(hù)工作，為其提供一個(gè)合理的工況，是密封運(yùn)轉(zhuǎn)正常、良好的前提。做好日常維護(hù)應(yīng)保證以下幾點(diǎn)：

（1）啟動(dòng)前檢查輔助裝置是否正常，保證密封液系統(tǒng)液位、壓力在操作范圍之內(nèi)，各處密封良好。按轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤車通過雙端面機(jī)封泵效環(huán)將機(jī)封內(nèi)充滿液體。

（2）不要使泵抽空避免密封端面發(fā)生干摩擦。

（3）經(jīng)常檢查輔助裝置是否正常工作：

a、注意密封液液面的位置，油位降低要經(jīng)常補(bǔ)充，壓力降低要補(bǔ)氣保壓。

b、定期排放泄漏液。

c、經(jīng)常檢查冷卻水管、沖洗管等，杜絕發(fā)生堵塞，防止突然停水而使冷卻、沖洗效果不好，造成密封失效。

（4）防止機(jī)器本身振動(dòng)、發(fā)熱等對(duì)密封的影響。

a、注意異常聲響，振動(dòng)可造成防轉(zhuǎn)銷等松開、脫出。

b、注意異常發(fā)熱，如：軸承發(fā)熱是否正常，并作合理調(diào)整。

7、結(jié)論

從密封機(jī)理上看，無論是雙端面機(jī)械密封還是單端面機(jī)械密封都是將較難控制、泄漏量大的軸密封轉(zhuǎn)變成比較容易控制的端面密封（摩擦副）、靜密封和偽靜密封。兩級(jí)端面密封給予雙端面機(jī)械密封安全可靠，對(duì)外無泄漏的特點(diǎn)。根據(jù)摩擦副布置形式以及密封液系統(tǒng)，雙端面機(jī)械密封在結(jié)構(gòu)上有多種形式，以滿足多種工況的要求。雙端面機(jī)械密封失效的原因很多，也很復(fù)雜，可以通過采取相應(yīng)的措施來解決。雙端面機(jī)械密封泄露與工藝操作及安裝檢修有直接關(guān)系。在日常生產(chǎn)中應(yīng)規(guī)范操作，加強(qiáng)管理，對(duì)故障做總結(jié)分析，是保證和提高密封效率及壽命的必要措施。

8.結(jié)束語

機(jī)械密封需要根據(jù)輸送介質(zhì)具體性質(zhì)來選擇合適的結(jié)構(gòu)型式和沖洗系統(tǒng)。合理的機(jī)械密封選型可以極大的降低維修頻率，節(jié)約檢修成本，增加裝置的安全性以及穩(wěn)定運(yùn)行能力，提高經(jīng)濟(jì)效益。6萬噸/年蒸餾裝置塔底汽油泵雙端面機(jī)械密封改造后，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用效果后，可推廣使用在長(zhǎng)坡站3萬噸/年蒸餾裝置塔底柴油泵、汽油泵上，改造后預(yù)計(jì)每年可節(jié)省企業(yè)修理費(fèi)支出20萬元左右，具備十分重要的推廣作用。

9、參考文獻(xiàn)

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