泵設(shè)備機(jī)械密封泄漏事故防范技術(shù)分析

孫艷麗(中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000)

0 引言

泵作為一種常用的介質(zhì)輸送設(shè)備，具有非常廣泛的適用范圍，在多個(gè)行業(yè)都獲得了應(yīng)用，其降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。但是由于泵的工作環(huán)境非常惡劣，在其工作過(guò)程中難以避免會(huì)受到各種不利影響，這就會(huì)對(duì)其穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)不小的阻礙。尤其是泵的機(jī)械密封性一旦失效，就會(huì)造成泄漏事故，進(jìn)而影響后續(xù)生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行，甚至?xí)o企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

泵在正常的運(yùn)行過(guò)程中，其中的旋轉(zhuǎn)部件，例如機(jī)械密封和軸承，隨著運(yùn)行時(shí)間不斷的增加，其磨損程度也會(huì)逐漸升高，當(dāng)其達(dá)到一定的程度后，其密封就會(huì)失效，這就會(huì)造成泄漏的發(fā)生。對(duì)于一般的介質(zhì)而言，泄漏并不會(huì)造成多大的損失，但是當(dāng)所泄漏的介質(zhì)具有易燃或者腐蝕性時(shí)，就會(huì)大大增加泄漏的危險(xiǎn)性，甚至?xí)：Σ僮魅藛T的人身安全，這就需要予以充分的重視。因此，確保泵的機(jī)械密封始終有效具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，通過(guò)對(duì)造成機(jī)械密封失效的原因進(jìn)行深入的分析研究，并結(jié)合泵的工作特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的預(yù)防機(jī)械密封失效的防范措施，有助于提高泵的運(yùn)行質(zhì)量，為企業(yè)生產(chǎn)工作的高效進(jìn)行建立良好的基礎(chǔ)[1]。

1 機(jī)械密封失效原因

1.1 泵軸承工作原理

在泵的組成結(jié)構(gòu)中，滾動(dòng)軸承起著非常重要的作用，一旦其發(fā)生故障就會(huì)影響泵的正常運(yùn)行，這就需要對(duì)其予以充分重視。滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)主要是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體以及保持架等部分構(gòu)成的，各部分相互支撐，共同完成軸承的滾動(dòng)運(yùn)行。滾動(dòng)體位于內(nèi)圈與外圈所構(gòu)成的環(huán)形空間內(nèi)，其數(shù)量取決于環(huán)形空間的大小，為了避免滾動(dòng)體在滾動(dòng)過(guò)程中相互影響，這就需要保持架將每個(gè)滾動(dòng)體限制在合理的間距，確保滾動(dòng)體能夠進(jìn)行圓滑的運(yùn)動(dòng)[2]。在滾動(dòng)軸承的運(yùn)行過(guò)程中，需要將內(nèi)圈牢固的固定于軸徑上，而外圈則需要牢固的固定于軸承孔內(nèi)，一般是內(nèi)圈隨著軸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，而外圈則處于靜止?fàn)顟B(tài)。為了盡可能減少不必要的接觸應(yīng)力，其內(nèi)、外圈通常設(shè)置為凹槽形，并且還有助于限制滾動(dòng)體在軸向方向上的位移，進(jìn)而提高軸承運(yùn)行的穩(wěn)定性。保持架能夠?qū)L動(dòng)體按照一定的間隔均勻的分隔，這就避免了滾動(dòng)體之間不必要的接觸，有助于將發(fā)熱和磨損降到最低，進(jìn)而提高軸承的使用壽命。

軸承在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，常見(jiàn)的故障主要有：破碎、斷裂以及剝落等，這就會(huì)對(duì)軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)性能造成不同程度的影響，甚至導(dǎo)致泵無(wú)法正常運(yùn)行[3]。

1.2 機(jī)械密封工作原理

在泵的運(yùn)行過(guò)程中，為了避免介質(zhì)發(fā)生泄漏，這就需要采用機(jī)械密封。泵的傳動(dòng)座固定于填料箱內(nèi)的泵軸上，為了避免傳動(dòng)座在泵運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生位移，這就需要對(duì)其進(jìn)行有效的固定，通常采用傳動(dòng)螺絲進(jìn)行固定。為了確保推環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的緊密接觸，通過(guò)在推環(huán)上增設(shè)一彈力較大的圓柱彈簧，其能夠提供足夠的彈力將推環(huán)壓緊在動(dòng)環(huán)之上。為了避免靜環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，而影響機(jī)械密封效果，增設(shè)了防轉(zhuǎn)銷，而動(dòng)環(huán)在彈簧力的作用下，被壓緊在靜環(huán)上形成一個(gè)密封的斷面。在泵運(yùn)行的過(guò)程中，其內(nèi)部的液體壓力作用于動(dòng)環(huán)上，確保其能夠與靜環(huán)構(gòu)成一個(gè)密封良好的斷面。同時(shí)，液體還會(huì)在密封端面上形成一層厚度較薄的液膜，進(jìn)而進(jìn)一步增加動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的密封性[3]。

1.3 機(jī)械密封失效原因

隨著泵運(yùn)行時(shí)間的增加，再加上外界各種不利因素的影響，泵軸承難以避免會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損。當(dāng)其磨損量達(dá)到一定的數(shù)值后，就會(huì)影響軸承的正常運(yùn)行，導(dǎo)致其轉(zhuǎn)動(dòng)性能降低，無(wú)法進(jìn)行正常的旋轉(zhuǎn)，甚至還會(huì)引起軸承偏離中心位置，這就可能導(dǎo)致泵的損壞。

通常來(lái)說(shuō)，泵軸承出現(xiàn)故障后很難在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，電機(jī)仍舊處于正常的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)周，但是此時(shí)泵的機(jī)械密封已經(jīng)出現(xiàn)問(wèn)題，這就會(huì)導(dǎo)致接觸部件之間無(wú)法進(jìn)行有效的配合，進(jìn)而會(huì)引起不平衡磨損的發(fā)生。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，磨損程度也會(huì)逐漸加劇，當(dāng)其達(dá)到一定的程度后，機(jī)械密封就會(huì)失效，這就會(huì)導(dǎo)致滲漏的發(fā)生，不利于泵的安全運(yùn)行[4]。

2 機(jī)械密封失效事故的防范措施

通過(guò)上述一些樣例的分析后，泵的機(jī)械密封失效多是由軸承故障引起的。因此，為了避免機(jī)械密封失效，確保其始終處于良好的工作狀態(tài)，可以采取以下的改善控制措施。

2.1 軸承監(jiān)測(cè)

滾動(dòng)軸承在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，除了會(huì)受到自身結(jié)構(gòu)、加工精度以及運(yùn)行質(zhì)量等內(nèi)部因素的影響，還會(huì)受到轉(zhuǎn)動(dòng)軸上其他零部件的運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力的影響，這就會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)。按照類型的不同，可以將軸承的振動(dòng)分為：變形、加工以及故障等類型，每種振動(dòng)的特點(diǎn)不盡相同，在實(shí)際的分析過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)軸承的振動(dòng)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并結(jié)合振動(dòng)的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行初步的判斷[5]。

對(duì)于軸承的監(jiān)測(cè)，目前主要采用了定期檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)兩種不同的方式。其中，定期檢測(cè)需要結(jié)合泵的工作情況，制定科學(xué)合理的檢測(cè)周期，通常是由人工實(shí)施檢測(cè)，這種方式存在無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障的弊端，并且檢測(cè)質(zhì)量還會(huì)受到檢測(cè)人員專業(yè)水平的影響；在線監(jiān)測(cè)能夠?qū)Ρ玫倪\(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就是及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施，進(jìn)而將故障影響限制在較小的范圍內(nèi)，避免給企業(yè)造成更大的損失。

軸承振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)由傳感器、變送器、收集器、中繼器以及接收與分析終端等部分構(gòu)成的。其中，軸承運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)情況主要是由傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且傳感器還能夠?qū)⑺@取的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐子趥鬏數(shù)碾娦盘?hào)，這就為振動(dòng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸建立了良好的基礎(chǔ)；在軸承振動(dòng)過(guò)程中所形成的加速度信號(hào)則主要是由變送器負(fù)責(zé)進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換和FFT變換，通過(guò)變送器所監(jiān)測(cè)到的運(yùn)行信號(hào)，后臺(tái)的技術(shù)人員就能對(duì)軸承運(yùn)行過(guò)程中的速度、位移以及品質(zhì)因數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行及時(shí)了解，以便全面掌握軸承的整體運(yùn)行情況，為確保軸承的正常提供可靠保障；收集器主要用于將其所接收的信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收器或者中繼器，增設(shè)中繼器主要是為了滿足更大范圍的數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，避免重要數(shù)據(jù)的丟失；監(jiān)控主機(jī)通過(guò)將所收到的軸承運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)全面的對(duì)比分析，進(jìn)而能夠明確其中的問(wèn)題所在，對(duì)其中超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定閾值的數(shù)據(jù)，主機(jī)就會(huì)采取聲光和短信的預(yù)警措施及時(shí)將結(jié)果反饋至后臺(tái)的技術(shù)人員，技術(shù)人員就能根據(jù)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采取有效地應(yīng)對(duì)措施，避免軸承事故的發(fā)生[6]。

2.2 機(jī)泵組聯(lián)鎖控制

機(jī)泵組聯(lián)鎖控制主要用于確保機(jī)械密封的安全，一旦系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到軸承發(fā)生嚴(yán)重的故障，機(jī)泵組聯(lián)鎖控制就能立即啟動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)完成機(jī)泵組的停車操作，進(jìn)而為機(jī)械密封提供最大限度的保障，避免其受到磨損而造成密封失效，確保其始終具有良好的密封性能。

當(dāng)軸承出現(xiàn)過(guò)度磨損或者故障后，隨著摩擦力的增加，軸承內(nèi)外圈之間的摩擦轉(zhuǎn)矩和溫度也會(huì)相應(yīng)的升高。同時(shí)，故障還會(huì)影響軸承的旋轉(zhuǎn)性能，這就會(huì)進(jìn)一步引起泵輸送能力的降低，泵的出口壓力也會(huì)相應(yīng)的降低。因此，通過(guò)上述的分析，可以將內(nèi)外圈之間的摩擦轉(zhuǎn)矩、軸承溫度以及泵出口壓力作為機(jī)泵聯(lián)鎖控制的控制信號(hào)。

機(jī)泵聯(lián)鎖控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)置了3個(gè)不同的傳感器分別用于采集內(nèi)外圈之間摩擦轉(zhuǎn)矩信號(hào)、軸承溫度信號(hào)以及泵出口壓力信號(hào)等，傳感器會(huì)將所采集到的運(yùn)行信號(hào)傳輸至主控器，由主控器對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析處理。主控器通過(guò)將所收到的信號(hào)參數(shù)與預(yù)先設(shè)計(jì)的閾值進(jìn)行對(duì)比分析，當(dāng)其超過(guò)規(guī)定的范圍后，主控器就會(huì)向負(fù)責(zé)電機(jī)控制的技術(shù)人員發(fā)送相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)，技術(shù)人員就能及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，避免影響范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大。主控器發(fā)送預(yù)警信號(hào)的啟動(dòng)條件主要有：摩擦轉(zhuǎn)矩過(guò)大、溫度過(guò)高以及出口壓力過(guò)小等。為了提高預(yù)警的準(zhǔn)確性，確保主控器的動(dòng)作可靠，只有3個(gè)傳感器中的兩個(gè)以上同時(shí)滿足啟動(dòng)條件時(shí)，主控器才會(huì)發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警信號(hào)。此外，由于泵的運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，為了確保傳感器能夠始終處于良好的工作狀態(tài)，這就需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的檢查，一旦發(fā)生故障就要進(jìn)行維修更換，確保所獲取的運(yùn)行數(shù)據(jù)客觀真實(shí)[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，泵作為一種非常重要的設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的不斷提高，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。但是在其實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，往往會(huì)受到多種不利因素的影響，這就會(huì)影響其穩(wěn)定運(yùn)行。尤其是其中的機(jī)械密封，一旦失效就會(huì)造成泄漏事故，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)機(jī)械密封失效原因進(jìn)行比較深入的分析，明確其關(guān)鍵所在，并結(jié)合泵實(shí)際的工作情況，采取軸承監(jiān)測(cè)和機(jī)泵組聯(lián)鎖控制的改善控制措施，避免泵的機(jī)械密封失效，進(jìn)而確保其能夠始終處于良好的工作狀態(tài)，從而為企業(yè)的安全生產(chǎn)提供可靠保障。