泵机械密封的典型故障与维修

宋正坤

（大连深蓝泵业有限公司，辽宁 大连 116036）

一、机械密封的工作原理

机械密封是由静环和动环在垂直于轴的光滑平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成的密封装置，它是靠弹簧等弹性元件和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，端面维持极薄的液体膜达到密封的目的，这层液体膜起着润滑与密封作用。常见机械密封的结构如图1所示。

二 、机械密封的磨损

机械密封的故障主要是由磨损引起的，常见的机械密封的磨损类型包括粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、气蚀。

三、机械密封的典型故障及纠正措施

根据机械密封磨损的类型，液体介质的性质、温度、压力等因素综合分析，常见机械密封典型故障及处理方法如下。

1.当密封面摩擦热集聚时，端面间液膜发生局部沸腾

故障特征：密封处发热或冒气（间歇振荡）。

磨损现象：静环被气蚀，产生彗星状纹理过程导致窄环外缘切边；硬环发生热裂。端面内缘处有石墨粉尘堆积。

纠正措施：校核密封设计参数；改善循环状况。

2.干摩擦故障

故障特征：密封处发热，端面间液体不足或无液体。

磨损现象：静环有严重的磨损和凹槽，硬环表面有擦亮痕迹，或有径向裂纹（热裂）和变色；胶圈硬化；石墨环有唱片状沟纹。

纠正措施：选用平衡型密封；选用导热系数高的硬质材料；检查排气情况；改善循环状况。

3.粘着磨损故障（疱疤）

故障特征：高黏度液体端面间的剪切应力超过材料的破坏强度；停泵时，由于温度下降液体黏度增大，泵重新启动时易发生粘着磨损。

磨损现象：金属颗粒从端面脱出；硬环有抛光痕迹；在细小间隙中残留金属颗粒。

纠正措施：检查循环情况；采用15～30min的蒸气预热或低压蒸汽保温。

4.磨粒磨损故障

故障特征：介质中含有磨削性金属颗粒。

磨损现象：固体颗粒残留或堆积在端面和细小间隙等处。

纠正措施：采用耐磨材质作为端面；改善循环条件，采用介质清洁过滤装置，外部洁净冲洗。

5.端面变形

故障特征：泵启动时，机械密封发生泄漏且泄漏量随时间变化。

磨损现象：将端面在平台上轻研，有变形痕迹。

纠正措施：自然时效变形，重新研磨；装配不当，重新仔细装配；机泵对中不良、轴承损坏，调整机泵。

6.高温磨损故障（结焦）

故障特征：高温经常出现结焦故障；液膜泄漏量小时，密封的大气侧就有结焦倾向，造成端面磨损。

磨损现象：固体颗粒集聚在滑动件的大气侧。

纠正措施：改软质端面为硬质端面；采用热水、蒸汽或溶剂作为永久性冷却措施。

四、维修案例

某炼化企业装置中输送高温渣油泵的工况参数见表1。

表1

该泵为典型的高温、高压、高速工况，最初密封为单端面高温波纹管密封，配置见图2，采取了API682中PLAN32的外冲洗方案，冲洗介质为70℃蜡油，压力2.2MPa。该密封实际上只能连续运行3个月，频繁维修，严重影响了装置的连续运行，也存在着很大的安全隐患。根据前面所述和对损坏零部件的检测，对密封失效的原因分析如下。

（1）虽然有70℃蜡油作为辅助的外冲洗，但由于介质温度较高，受工况波动的影响，密封面处温度仍然较高，较低温度的冲洗液冲洗不足，致使动静环在连续运行一段时间后出现磨损而发生泄漏。

（2）由于介质中含有细小、坚硬的颗粒，虽有外冲洗液，但仍有少量颗粒会进入密封面，加剧了密封面的磨损。

（3）该密封的配置没有自动检测和保护措施，一但发生泄漏，高温油品很容易引发火灾，安全隐患突出。

为了保证密封连续、安全运行，对该泵的密封进行了改进，见图3。配置双端面高温波纹管密封，面对面安装，采取了API682中PLAN32+53A方案，PLAN32外冲洗介质为70°蜡油，压力2.2MPa。PLAN53A隔离液根据现场条件使用2.6MPa常温轻油。该泵密封改进后，使用效果良好，已连续稳定运行1年。密封效果良好的原因如下。

（1）对密封零件材料进行了提升，石墨环采用优质的抗起泡进口石墨（美国摩根产品），提升了密封面的抗磨损能力和密封的使用寿命。

（2）由于密封结构的变化，PLAN32外冲洗介质从原来冲洗密封面外径改为冲洗密封面内径，密封面外径同时增加了PLAN53A系统隔离液的冲洗，使得介质侧密封温度环境大为改善。同时，由于内外冲洗液压力的不同，介质中的颗粒很难侵入密封面，减少了颗粒对密封面的磨损，大幅度提升了密封的使用寿命。

（3）为了提升设备的在线监测和自动保护，在PLAN53A系统的储液罐中安装了液位和压力报警和连锁停车，如果密封发生泄漏，可以在线监测并及时连锁停车，从而避免安全事故的发生。

五、应用效果

机械密封的故障是不可避免的，通过建立模式化的故障分析与处理，极大地减少了故障停机时间，降低了维修费用，保障了生产活动的正常进行。