泵用机械密封失效原因分析与预防措施

李宏范胡金平 朱健 徐民

（兖矿鲁南化工有限公司）（兖矿煤业鄂尔多斯能化有限公司)

泵用机械密封失效原因分析与预防措施

李宏范*胡金平 朱健 徐民

（兖矿鲁南化工有限公司）（兖矿煤业鄂尔多斯能化有限公司)

介绍了泵用机械密封的原理及结构，对化工装置用泵的机械密封失效原因进行了分析，提出了防止机械密封失效的措施。

机械密封泄漏失效预防措施泵

1 机械密封简介

机械密封（简称机封）是靠一组研配的密封端面形成的动密封，它是依靠密封端面紧贴着相对旋转来达到密封的。与填料密封相比，机械密封克服了轴封容易泄漏的缺点，改为较难泄漏的静密封和端面径向接触的动密封。机械密封的主要优点是：泄漏量小，一般为10 mL/h，仅为填料密封的1%；使用寿命长，一般可连续使用1～2年。与填料密封相比，对轴的精度和表面粗糙度要求较低，对轴的振动敏感性相对较小，而且轴不受磨损。机械密封摩擦力耗功相对较小，约为填料密封的10%～50%。但是，机械密封造价较高，对密封元件的制造要求和安装要求均较高。

机械密封一般有五个可能的泄漏点。第一个点在动环与静环的接触面上。机械密封主要靠泵内液体压力及弹簧力将动环压贴在静环上，以达到密封防止泄漏。而两环的接触面上总会有少量液体泄漏，它可以形成液膜，一方面起到防止泄漏的作用，另一方面又起到润滑的作用。第二个点在静环与压盖之间，属于静密封点。用有弹性的O形（或V形）密封圈压于静环和压盖之间，靠弹簧力使弹性密封圈变形而密封。第三个点在动环与轴套之间，此处也属静密封点。考虑到动环可以沿轴向窜动，可采用具有弹性和自紧性的V形密封圈来密封。第四个点在轴套与轴之间，属于静密封点，一般采用O形密封圈密封。第五个点在压盖和泵体之间，也是静密封点，可采用密封圈或垫片作为密封元件。机械密封主要结构如图1所示。

2 机械密封失效原因分析

目前，随着对化工厂无泄漏及清洁文明生产要求的提高，绝大多数的泵都采用了机械密封。但机械密封也会发生失效，这不仅增大了检修工作量和检修费用，同时对生产运行也是一种安全隐患。从多年的检修经验来看，导致化工装置用泵机械密封失效的因素较多、也较为复杂，但最为常见的失效因素主要有下述5个方面。

图1 机械密封结构

2.1 机封冲洗系统

冲洗系统是机械密封最为重要的部分。冲洗一般有自冲洗和外冲洗两种。冲洗的主要目的是通过冲洗液有效地保护机封密封面，其主要作用是对机封摩擦副进行润滑和冷却，同时冲走杂物等。冲洗液的流量、压力必须满足要求，同时根据介质的温度，对冲洗液的温度也有一定的要求。冲洗口位置设计要满足工艺要求，才能达到最佳的冲洗效果。如果冲洗不佳，会大大缩短机封使用寿命，甚至直接烧坏。

2.2 安装机封的泵轴

机械密封属于端面接触式密封，密封面在流体介质和弹性元件的共同作用下，与垂直于轴心线的密封端面紧密贴合、相对旋转，达到密封效果。因此要求动静密封环在圆周方向上受力均匀。如果轴的弯曲超过允许值，动静密封环会出现相对瓢偏，使动静密封环的受力不均匀，那么机封的密封效果就会受到影响，长时间运行还可能导致静环被磨偏，出现泄漏。

2.3 泵轴向作用力和振动

机封本身无法受轴向作用力，但如果由于泵的轴向力平衡装置发生故障等原因，使得泵轴向力未被完全平衡掉，那么在轴向力的作用下，吸入侧机封密封面的压紧力就会逐渐增大（轴向力一般都指向吸入侧），密封面磨损就会逐渐加剧，直至密封面被磨成环形沟状，密封失效，发生泄漏。如果泵在运行时发生异常振动，那么将会导致机械密封的密封面发生径向位移，如果位移过大，超过了机械密封的密封能力极限，同样会引起密封失效。

2.4 机封制造质量

机械密封制造质量问题最为常见的就是密封端面变形。密封面不平，就无法达到密封的效果。此外，机封形位公差控制不好等也是较为常见的机封制造质量问题。

2.5 机封安装质量

在机械密封的安装上，如果质量控制不好，也会缩短机械密封的使用寿命，甚至在试车时就发生泄漏。

3 预防措施

3.1 增加辅助冲洗系统

根据泵的使用和操作条件，可以增配一些附件，如冷却器（调节冷却液温度）、阀门（控制冷却液流量）、流量计（可以准确把握冷却液流量）、压力表（方便观察冷却液压力）、温度计（了解冷却液温度）等，及时掌握机封的冲洗情况，确保机封拥有良好的冲洗。在实际的生产应用中，冲洗对机封的使用寿命起着至关重要的作用。

3.2 防止泵轴弯曲变形

对卧式多级离心泵而言，泵轴的弯曲主要是由于在停用时不按时盘车，泵转子长时间停留在某一位置，致使泵轴出现弯曲，这种现象在化工厂比较常见。按要求经常盘车，做好标记，以原位置为参考，每次以180°为倍增基数进行盘车，就可有效防止泵轴弯曲。设备在长时间运行后也可能出现轴弯曲的现象，因此在泵大修时要对泵轴进行弯曲度测量，如果发生轴弯曲，可进行校正或更换新轴。

3.3 控制泵轴向力和振动幅度

确保泵平衡装置工作正常，使之能够充分地平衡掉轴向力，避免机封承受额外的轴向力。泵轴的振动对机械密封的影响很大，要充分分析振动的来源，以消除振动源。

3.4 严格质量验收

端面变形主要是材料在未消除残余应力的情况下进行加工生产，在安装使用后材料仍然需要释放残余应力，导致端面发生变形。解决的方法是制造厂家严格进行生产过程质量控制，给材料以充足的应力释放时间。生产过程质量的有效控制也可避免机械密封形位公差控制不好等问题，例如最为常见的端面平面度差、端面垂直度不够等。对新购买的机封需要进行严格的质量验收，确保质量合格的机封用于现场机泵。

3.5 安装质量的控制

机封安装质量的好坏，对机封的使用寿命有着重要的作用，因此，一定要做好安装质量的控制。

（1）安装

安装机封部位的轴(或轴套)的外径尺寸公差为h6，其表面粗糙度Ra值不大于3.2 μm。泵轴(或轴套)的外径尺寸不同，对泵轴的径向跳动量要求也不同，外径小于50 mm时，要求径向跳动量小于0.04 mm，外径大于50 mm时，要求径向跳动量小于0.06 mm。转子轴向窜动量要小于0.03 mm。安装时必须将密封腔体(泵盖)、机械密封等部件清洗干净，防止杂质（物）进入密封安装部位，在运转时划伤密封面。

（2）密封

机械密封安装前要很好地与总装配图相对照，检查零件是否已准备齐全。这时要注意密封摩擦副密封面、密封圈等有无伤痕、缺损等异常现象，还要注意与密封圈（O形环）等相接触的轴或轴套表面的质量，若发现有异常现象，则必须更换或修理后再使用。在装配时要确定合理的压缩量，一般以弹簧总压缩量的1/2为宜，压缩量定完之后即将动环在轴（或轴套）上锁紧。在紧固压盖前，要确认轴与壳体的同心度符合要求。在紧固机封压盖时，应先对角预紧，以防止机封压偏。

（3）观察

以上工作完成后进行手动盘车，检查压盖、静环与轴有无摩擦，盘车时应感觉均匀、轻快。如果存在问题，需要将机封拆下重新安装和调整。待合格后，对泵进行充压、排气以及试漏。确认上述这些工作正确无误后方可进行运转试车。

4 结束语

机械密封的使用寿命长短是确保化工生产装置中离心泵实现安全、环保、稳定运行的重要因素。实践证明，只要泵本身运转正常，同时机封冲洗良好，所使用的机封符合质量要求，在检修或更换机封时能正确进行安装，就可保证机封长周期稳定运行。

Failure Analysis and Preventive Measures of Pump Mechanical Seal

Li Hongfan Hu Jinping Zhu Jian Xu Min

Introduced the principle and structure of pump mechanical seal,analyzed failure reasons of mechanical seal for pump used in the chemical industry,and proposed measures to prevent mechanical seal failure.

Mechanical seal;Leakage;Failure;Preventive measure;Pump

TQ 051.21

*李宏范，男，1980年生，助理工程师。滕州市，277525。

2011-11-16）