化工離心泵機械密封失效原因

于宏宇

（中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

機械密封為一種旋轉(zhuǎn)機械上的軸封裝置，泄漏量少、使用壽命長久、功耗小、泵運行效率較高等是其主要優(yōu)勢，在智能化生產(chǎn)及高低溫、真空等各種特殊環(huán)境中對密封效果提出更高的要求。在國內(nèi)的化工生產(chǎn)實踐中，機械密封廣泛應(yīng)用于離心泵軸封中。在其常見故障中，機械密封失效在故障總量中占比達到了70%左右，故而機械密封的運行情況直接關(guān)系著機泵的運行效率。

1 機械密封的工作原理

機械密封結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 機械密封結(jié)構(gòu)圖

（1）端面摩擦副的功能主要是維持配合的緊密型，產(chǎn)生密封面，規(guī)避發(fā)生介質(zhì)泄漏情況；動、靜環(huán)自身要有較好的耐磨性，動環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)軸向運動，對密封面磨損問題能夠自動補償，和靜環(huán)之間更好的配合，取得良好的緩沖成效。

（2）彈性元件的作用以補償、預(yù)緊與緩沖為主，且還能對密封面形成科學的比壓。

（3）輔助密封主要發(fā)揮靜環(huán)與密封動環(huán)的作用，確保靜環(huán)與壓蓋之間的密封性處于較高水平，使靜環(huán)自身有較好的流動性。

（4）變速器可以被看成是傳輸扭矩的軸動環(huán)。

（5）動環(huán)的作用以運動為主，在靜態(tài)下實現(xiàn)精準定位，這是摩擦關(guān)節(jié)能處于準確方位及維持良好彈性壓力的重要基礎(chǔ)[1]。

2 化工離心泵機械密封失效的原因分析

2.1 腐蝕

這是造成離心泵發(fā)生密封失效問題的最常見原因，以點和表面、應(yīng)力腐蝕、電化學腐蝕較為常見，均會影響設(shè)備的機封效果，導致其出現(xiàn)縫隙過大、局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等情況，產(chǎn)生密封性問題。(1)點及表面腐蝕：在點、面腐蝕的作用下，增加了彈簧失穩(wěn)、縫隙偏大等不良狀況發(fā)生的概率，伴隨時間的推移會發(fā)生密封性問題。(2)應(yīng)力腐蝕：主要是在組裝離心泵時，因操作方法欠妥導致一些部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕，使機械發(fā)生斷裂性問題。(3)電化學腐蝕：設(shè)備在復(fù)雜、惡劣的工況下運作，造成機封失效，對離心泵機封功能形成較大的破壞。

2.2 機械摩擦

機械設(shè)備運轉(zhuǎn)階段，生成較大的摩擦力時會對離心泵機封性能形成較大影響，造成機封失效。通常情況機械摩擦引起的直接后果是局部零部件提前老化、破損、變形，在設(shè)備管理維護實踐中應(yīng)認真落實防范、檢測的工作。

引起摩擦副密封失效的原因主要有如下幾點：一是實際操作時，因存在抽空、氣蝕、憋壓等異常，以致形成較大的軸向力，造成動、靜環(huán)接觸面逐漸分離；二是安裝機封時形成較大的壓縮量，對摩擦副端面形成磨損、擦傷；三是動環(huán)密封圈太緊，以致彈簧不能精準的調(diào)控動環(huán)的軸向浮動量[2]。

2.3 人為因素

這是引起離心泵密封性失效的常見主觀因素。一是因為在運轉(zhuǎn)操作時，因人為違規(guī)操作或行為偏差，造成機械運行階段突發(fā)故障，嚴重時造成部分零件出現(xiàn)裂縫、高溫變形等問題；二是部分操作人員安全生產(chǎn)意識淡薄，責任心弱，故意省略操作步驟或違規(guī)生產(chǎn)。比如在供應(yīng)冷卻水時，沒有嚴格依照規(guī)定落實定期檢查工作，引起冷卻水供應(yīng)不夠等問題，造成機封在高溫條件下出現(xiàn)變形、裂縫等問題，影響機封效果。

2.4 汽蝕

這是引起離心泵機封失效問題的常見因素。若在泵入口流量不夠的情景下啟泵，很可能造成泵入口壓力值急劇下降或抽空，進而引起入口葉輪發(fā)生汽蝕等問題。在汽蝕因素的作用下，泵送介質(zhì)內(nèi)潰散的氣泡破裂會沖擊機泵葉輪，對機封橫截面產(chǎn)生一定摩擦，引起磨損、擦傷等狀況，如果問題長期沒有被解除，將會使離心泵機封失效風險顯著增加。

2.5 泵振動過大

在機械生產(chǎn)制造與安裝操作準確性等諸多因素的影響下，任何離心泵運行階段會出現(xiàn)不同程度的振動情況，如轉(zhuǎn)子不平衡、機泵不同心、滾動軸承出現(xiàn)故障異常等。由軸承箱表層實測的最大振幅要低于0.06 mm，一旦超出以上限值就要進行停泵處理。從宏觀層面上，可以將振動分解成垂直、水平與軸向三個不同方向，相比之下，軸向振動對機械密封性會形成較大影響[3]。一旦泵振動幅度增加時，很可能導致動、靜環(huán)分離。剎那間的分離動作在施加液膜時會造成密封面開啟，形成大量泄漏問題，若這樣的工況下摩擦附近介質(zhì)內(nèi)摻雜著固體顆粒，其被整合至密封端面之間時，會對密封端面造成不同程度的損害。

3 處理方法

3.1 選擇科學的密封方式，確保安裝操作的精準性

既往有大量生產(chǎn)實踐證實，只有在合理選擇機封形式及精準安裝各部件的情景下，才能使離心泵安全、有效運行，規(guī)避密封性問題。首先，要結(jié)合離心泵的真實運行環(huán)境，正常運行溫度、壓力等多種工況參數(shù)，科學選擇機封形式；其次，離心泵安裝過程加強把關(guān)控制，密切關(guān)注設(shè)備運行狀態(tài)變化情況，加強對設(shè)備的巡檢、維護力度，認真執(zhí)行設(shè)備定期檢測制度，力爭將設(shè)備投運階段故障發(fā)生率降到最低[4]；再者，因為機封結(jié)構(gòu)內(nèi)置了很多精密部件，故而在安裝施工中，一定要嚴格依照安裝工藝規(guī)程操作，整體提升安裝操作的精準性，加大機封內(nèi)精密性部件的保護力度，設(shè)備安裝實踐中嚴禁出現(xiàn)盲目操作的情況；最后，持續(xù)強化設(shè)備的日常維護管理工作，立足于實際情況建立一套完善、可行的設(shè)備維保體制，進一步保障精密部件的維保效果。

3.2 防腐蝕

化工生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜且特殊，故而在離心泵常規(guī)生產(chǎn)作業(yè)中，一定要重視腐蝕問題，對其進行加強管理。首先，在購置材料環(huán)節(jié)中，一定要結(jié)合化工企業(yè)的真實運行工況，選擇引進符合現(xiàn)行標準的材料，并且要確保日常工作中認真落實防腐蝕工作，詳細、準確記錄防腐檢修工作執(zhí)行情況。其次，加強離心泵真實運行環(huán)境的把關(guān)控制，規(guī)避其在運轉(zhuǎn)階段發(fā)生電化學腐蝕問題，實現(xiàn)對既有械封效果的有效保護[5]。再者，做好機封冷卻水溫度的把控工作，規(guī)避機封摩擦面出現(xiàn)高溫的現(xiàn)象，如果探查到部分零部件出現(xiàn)了腐蝕問題，則要盡早對其進行換新處理。最后，實踐中拆卸、解離機封構(gòu)件后，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)、動環(huán)的輔助密封件彈性喪失，局部已經(jīng)發(fā)生了腐爛，導致機封出現(xiàn)了明顯滲漏甚至是磨軸情況。這主要是因為高溫、污水內(nèi)的弱酸、弱堿物質(zhì)對橡膠密封件形成不同程度的腐蝕作用，如果離心泵在腐蝕性介質(zhì)較多的工況下運作時，要選擇能耐受高溫。弱酸、弱堿的氟橡膠作為橡膠件。

3.3 防控摩擦

離心泵在投入使用過程中，出現(xiàn)機械性摩擦問題難以完全規(guī)避，嚴重摩擦時可能造成機封失效。為有效防控摩擦因素，可以采用如下幾種方法：首先，科學選擇機封斷面材料，確保其有較高的強度及耐磨性，借此方式規(guī)避因發(fā)生機械裂縫情況而引起失效問題。其次，加大機封密封面的維護管理力度，若檢測發(fā)現(xiàn)其粗糙度較高或平整度偏差時，則要盡早對其進行換新處理。最后，在安裝機械部件時，應(yīng)做好部件表層雜質(zhì)的清除工作，否則在設(shè)備運行階段會形成較大的摩擦力，使機封性能降低[6]。離心泵運行階段，引發(fā)摩擦情況的因素則有很多。因此，一定要認真落實有關(guān)防范工作，加大操作人員技術(shù)能力的培訓，督促他們按照操作規(guī)范操作設(shè)備，使機封的密封性能得到更大保障。

3.4 防范人為因素

首先，提升操作人員的安全生產(chǎn)責任意識，規(guī)范他們操作設(shè)備的行為方法，嚴格依照規(guī)范要求去執(zhí)行各項生產(chǎn)任務(wù)。其次，建立健全日常維護管理制度，推行崗位職責機制，認真落實各項維管工作內(nèi)容。再者，做好機械維管及運行操作技術(shù)培訓工序，整體提升工作人員的業(yè)務(wù)能力。最后，建設(shè)考評機制并嚴格執(zhí)行，將考評成績和職稱、薪酬獎金等掛鉤，這是提升工作人員積極性的有效方法之一。

3.5 消除泵振動過大的問題

首先，加強轉(zhuǎn)子部分的控制，主要控制對象是轉(zhuǎn)子的徑向跳動情況，最大值不能超過0.03～0.05 mm。

其次，做好和電機同心度的控制，要求電機單獨運作時自身額度振動幅度在0.03 mm以下；加強正常作業(yè)溫度下泵與電機的同心度的控制，軸向、徑向分別要控制在0.08 mm、0.10 mm以下[7]。

再者，加強泵運轉(zhuǎn)時振動峰值的控制，峰值要低于0.06 mm。

最后，在化工現(xiàn)場生產(chǎn)操作、檢修、調(diào)整校對等環(huán)節(jié)中，工作人員一定要認真執(zhí)行操作規(guī)程，盡可能的消除掉振動源。

4 結(jié)語

綜合全文論述的內(nèi)容，不難發(fā)現(xiàn)，引起化工離心泵機封失效的原因較多。在日常生產(chǎn)及管理維護過程中，根據(jù)失效現(xiàn)象，綜合多方面因素分析失效問題的成因，探究完善維護離心泵機封的措施，使機封性能得到更大保障，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟效益。