离心泵机械密封的故障分析及对策

徐帅(中国石油西部管道新疆分公司)

从1885年英国第一个端面密封专利的问世，到2000年非接触式机械密封的产生，机械密封越来越广泛的运用于泵的端面密封。与传统的填料密封相比，机械密封具有密封性能好，寿命长，承受压力大，减少能源损耗和环境污染等优点。机械密封目前广泛应用与国内输油站场机泵，研究机封结构，分析故障原理和处理办法，对掌握基本运行情况、提升设备管理水平有重要意义。

一、机械密封的基本结构和作用原理

1.机械密封的基本结构

机械密封又叫端面密封，是指有至少一对垂直于旋转轴线的端面，在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用以及辅助密封的配合下，保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。

机械密封的构成如图1所示。

2.机械密封的作用原理

如图1所示，机械密封的工作过程是轴转动时，通过传动座（6）和推环（4），带动动环（2）旋转，静环（1）固定不动，依靠介质压力和弹簧力使动静环之间的密封端面紧密贴合，在贴合面形成一层极薄的液体膜，阻止介质泄漏。摩擦副表面磨损后，在弹簧（5）的推动下实现补偿。为了防止介质通过动环与轴之间泄漏，装有动环密封圈（3）。静环密封圈（7）阻止介质沿静环和压盖（8）之间泄漏。

3.机械密封的辅助设施

机械密封辅助设施是许多元件的统称，它的作用是可以改善机械密封的工作环境，提高密封效果。包括过滤器、旋液分离器、限流孔板、冷却器、各种检测仪表及机械密封冲洗管路等。在实际的应用中，根据具体的情况来选择相应的设施。

在所有的辅助设施中，最主要的是冲洗设施。对于冲洗液的过滤和分离，通常选用的是过滤器和旋液分离器。鄯善站和乌首站用的是旋液分离器。其工作原理是，含杂质的介质沿分离器切线方向进入，以一定的速度沿分离器旋转，利用固体颗粒和液体的比重差，洁净的液体从分离器顶部流出，去冲洗密封，含杂质的液体从底部流回泵的入口。

二、常见的机械密封的故障及分析

所谓故障是指设备或零件丧失了其所要求的规定的性能和状态。故障分析主要是通过诊断（经验和检测）来确定故障的部位，在经过调整或修换进行排除。正确的诊断是预防和排除故障的基础。在诊断的过程中应注意注意一下的信息：1.外部征兆；2.拆卸前的检查结果；3.拆卸后的检查结果；4.对机械密封各个元件的目测结果。

一般的故障诊断过程大体可以分为四个步骤。

对于机械密封而言，常见的故障有：1.泵运行时密封泄漏；2.密封面稳定滴漏；3.工作时密封尖叫；4.密封面外侧或压盖外侧有石墨环粉尘积聚；5.密封面磨损严重，密封副寿命短。

对机械密封的泄漏进行分析，首先应明确机械密封的泄漏点。一般来说，机械密封的泄漏点主要有：1.轴套与轴之间的密封；2.动环与轴套之间的密封；3.端盖与泵体间的泄漏点比较容易发现和解决。其余的泄漏直观上很难辨别和判断，须在长期的管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、判断，才能得出正确的结论。

试运转时出现的泄漏，泵用机械密封经过静试后,运转时高速旋转产生的离心力,会抑制介质的泄漏。因此,试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后,基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有:(1)操作中,因抽空、气蚀、憋压等异常现象,引起较大的轴向力,使动、静环接触面分离;(2)安装机械密封时压缩量过大,导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;(3)动环密封圈过紧,弹簧无法调整动环的轴向浮动量;(4)静环密封圈过松,当动环轴向浮动时,静环脱离静环座;(5)工作介质中有颗粒状物质,运转中进入摩擦副,擦伤动、静环密封端面;上述现象在试运转中经常出现,有时可以通过适当调整静环座等予以消除,但多数需要重新拆装,更换密封。

正常运转中突然泄漏，离心泵在运转中突然泄漏,少数是因正常磨损或已达到使用寿命,而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。主要有：(1)抽空、气蚀或较长时间憋压,导致密封破坏;(2)对泵实际输出量偏小,大量介质泵内循环,热量积聚,引起介质气化,导致密封失效;(3)对较长时间停运,重新起动时没有手动盘车,摩擦副因粘连而扯坏密封面;(4)环境温度急剧变化;(5)工况频繁变化或调整;(6)突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏,如不能及时发现,往往会酿成较大事故或损失。

密封面稳定滴漏，如果可能应首先确定泄漏源。检查压盖垫片压缩量是否合适；有可能是密封面不平直，压盖螺栓上的不均匀，静环表面翘曲；安装时密封面就有开裂、凹口、凸点或者划痕等；也有可能是轴套处液体泄漏，泄漏严重时通常是密封面而不是O型圈泄漏。典型的纠正措施有：1.检查安装是否正确（安装长度、压盖垫圈压缩量、压盖螺栓等）；2.检查所用密封或者材料是否合适；3.清除密封面上的杂质；4.检查是否有损坏的零件（各种辅助密封、弹簧等）；5.检查机泵是否对中；6.改进冲洗和冷却系统。

工作时密封尖叫，可能是密封面得润滑不足。此时应该检查机械密封冲洗管路是否堵塞，管路上的压差表读数是否偏大，是否有报警。如果确定管路不通畅，则须清洗该段管路，确保管路的畅通。

密封面外侧或压盖外侧有石墨环粉尘积聚，可能是密封面润滑液量不足或密封面间液膜汽化；还可能是润滑液中有残渣，将碳石墨环磨掉。

密封面磨损严重，密封寿命短，可能是流体中含有磨粒，造成剧烈磨损，破换了密封面，缩短了机械密封的寿命。

结合西部成品油管道乌首站投产期间机械密封的工作状况，具体分析机械密封的失效。在乌首站投产期间，共有14套机械密封失效。发现导致14套机械密封失效的原因包括以下四方面因素：1.在投产初期，输送的介质比较脏，含有大量的泥砂，超出了旋液分离器的工作能力，大量杂质不能完全过滤，部分泥砂堆积在机械密封动环内部，导致动环在运转过程中被挂起，失去补偿能力，造成密封面分离，机械密封失效，此原因有3套机械密封失效泄漏；2.传动套顶丝松动，导致轴套、传动套、动环相对运动，产生O型挡环严重磨损，使动环下的O型辅助密封圈磨损，造成机械密封失效，此原因有2套机械密封失效泄漏；3.输油泵振动和轴窜量较大等原因，主要是泵机组在精找水平和对中时，对介质温度、电源质量未充分考虑，导致传动套与动环石墨环碰撞致使石墨环损坏，造成机械密封失效，此原因有2套机械密封失效泄漏；4.机械密封冲洗管中含有气体，造成密封温度升高，使密封端面间液膜汽化磨损加剧，动静环产生热变形，泄漏增大，引起密封失效，此原因有7套机械密封失效泄漏。对于第一种情况，随着生产的进行，管道清管次数的增加，油品质量提高，问题已解决；第二种情况属于设备本身的设计缺陷，厂家改进后顶丝已紧固；第三种情况对泵重新进行精确对中，减小泵的震动。第四种情况在起泵前对泵进行充分排气，改进机械密封的冲洗管路，问题也得到了较好的解决。

三、机械密封的改进方法

机械密封的改进主要是从以下几个方面进行考虑，一是改进密封结构和材料，使其能更好的适应工作环境，但这样做花费代价较高，尽管如此，仍不能重根本上解决问题。最常用的方法是改进机械密封的辅助设施，改善密封的工作环境。

改进机械密封的辅助设施，改善密封的工作环境。主要是要根据输送介质的特性，密封热平衡等来具体确定冲洗管路的工作，比如冲洗流量，冲洗液的压力等。