成品油管道主输泵机械密封失效主要原因分析与对策

段云跃

（中国石化销售有限公司华南分公司，广东 广州 510620）

中国石化销售有限公司华南分公司是我国最大的成品油管道企业，公司运行的成品油管网建成运行的管道全长6036km，输油站58座。其中西南成品油管道是国内距离最长、站点最多、工艺技术水平最先进、施工和管理难度最大的成品油管道。 被公司定为A类设备的主输泵是输油站核心设备，机械密封完好是主输泵减少泄漏量，安全、高效运行的重要保障。本文简要分析机械密封的原理和构造，通过案例分析，查找机械密封提前失效的主要原因，总结预防对策。

1 机械密封原理

主输泵为离心泵，传动轴与设备本体存在圆周间隙，当设备内压力高于大气压力时，设备内油品等流体会经间隙泄漏至外界。因此必须有一个阻止泄漏的轴封装置——机械密封。机械密封是一种流体旋转机械的轴封装置，它由至少一对垂直于旋转轴线的轴面，在流体压力和补偿机构弹簧的作用下，以及在辅助性密封的配合下保持与主设备贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置，广泛运用于离心泵、压缩机等设备。

2 机械密封的构造

输油泵机械密封由动环和静环组成的端面密封（摩擦副）、弹性元件为主要零件组成的缓冲补偿机构（使密封面紧密贴合）、辅助密封圈（动环和静环密封圈）及使动环随轴旋转的传动机构四部分组成。图1为机械密封结构图。

3 机械密封选用要求

3.1 机械密封材料应满足密封功能的要求

图1 机械密封结构

由于机械密封工作设备的工作条件不同，被密封的介质不同，要求密封材料的具有不同的适应性。对密封材料的要求一般是以下几点。

（1）材料致密性好，具有与密封面结合的柔软性，不易泄漏介质。

（2）有适当的机械强度和硬度，压缩性和回弹性好，永久变形小。

（3）高温下不软化，不分解，低温下不硬化，不脆裂。

（4）抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上。

（5）摩擦系数小，耐磨性好，耐老化性好，经久耐用。

（6）加工制造方便，价格便宜。

3.2 机械密封主要材料（如表1）

4 公司用机械密封情况

公司在早期全部选用进口机械密封（例如公司曾经选用过德国CHETRA公司产品），随着国产机械密封质量逐渐提高，逐渐选用国产机械密封。公司要求机械密封压盖及轴套为化工耐腐蚀奥氏体不锈钢316L，动静环为进口无压烧结的碳化硅SiC，密封环为氟橡胶，要求正常工况下使用寿命大于16000小时。公司与成都顺捷实业有限公司联合研发产品，主要型号有TYP201-80/82，TYP201-70/72等。（如图2、3）

表1 常用材料

图2 进口机械密封（CHETRA 201）

图3 PX站3#泵国产机械密封（成都顺捷）

5 公司机械密封失效主要原因

5.1 正常运行磨损

机械密封泄漏一般情况下是渐变的过程，泄漏量从小变到大，主要是由运转时间长磨损导致。输油站主输泵机械密封一般运行达到一定程度自然需要更换。因为机械磨损会破坏密封副的正常配合关系，当端面出现一定的磨损时，传动轴每转一周，密封件都要作轴向位移和径向摆动，在每一次转动中，密封副端面都趋向于产生轻微的分离和泄漏。随着事件的推移，磨损逐渐加大，泄漏量也逐渐加大。这是绝大多数机械密封失效主要的主要原因。因此，公司规定机械密封使用寿命一般为16000小时。

5.2 机械密封冲洗不到位

输油泵机械密封端面冲洗的作用有二：一是带走密封腔中机械密封的摩擦热、搅拌热等，以降低密封端面温度，保证密封端面上流体膜的稳定；二是阻止固体杂质和油焦淤积于密封腔中，使密封能在良好、稳定的工作环境中工作，并减少磨损和密封零件失效的可能。合适的端面冲洗是提高离心泵机械密封耐久性的重要辅助措施之一，冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，保持和改善润滑等，当冲洗液温度较低时，兼有冷却作用。因此，如果冲洗管出现堵塞、失效，会对机械密封寿命产生不利影响。

（1）机械密封冲洗管失效

案例一：西南管道PX站（输油站代号，下同）4#主输泵自2005年投用至2010年的5年间，运行一直非常平稳，但在2010年“850增输改造”项目为该泵加装了电机变频调速系统后，在不同的转速下泵体及泵上壳体的机械密封冲洗管振动变化很大，能达到平时的8～9倍。2010年-2012年3月间，该泵壳机械密封冲洗管和排空管焊缝多次发生渗漏情况。图4为PX站4#泵机械密封冲洗管断裂失效图。

图4 PX站4#泵机械密封冲洗管断裂失效

在流量为529m³/h，变频器频率与主输泵振动情况如图5。

图5 PX站4#泵机械密封冲洗管振动与频率关系

原因：从图中可以看出，当频率在70Hz至88Hz区间内变化时，机泵密封冲洗管的振动值在8mm/s以下变化，当频率在88～92Hz区间内变化时，机泵密封冲洗管的振动值迅速升高，特别是变频器频率为91Hz时振动值达到14.3mm/s。可见主输泵加装变频器后，在某些特定的转速范围，泵壳排空管和机封冲洗管振动较大，在长时间高频振动下导致焊缝产生疲劳裂纹断裂，最终导致机械密封冲洗受阻，直接影响机械密封使用寿命。

（2）机械密封冲洗管节流孔板变化。机械密封冲洗管节流孔板孔洞变化对机械密封造成影响，导致机械密封失效。

案例二：2008年2月，当天PX站输送下载0#柴油，运行2#、4#泵。15：36时，当班人员发现4#泵机械密封泄漏报警，同时污油罐液位急剧上涨。现场发现4#泵驱动端有大量油品溢出，已流淌至距主输泵基础2 m以外，中控调度紧急停4#泵。

原因分析：经公司专业人员到场对漏点进行拆卸检查分析，发现4#主输泵驱动端截流孔板、导流套的孔眼皆被流体冲刷变大变形，从而导致机械密封泄漏事故发生。图6为完好的节流孔板。

图6 完好的节流孔板

5.3 转速变化对机械密封的影响

案例三：2011年11月，西南管道HC站（输油站代号，下同）4#主输泵（由变频器控制频率的变频泵）发生非驱动端机械密封泄漏。经公司抢维修中心机械、电气、安全及调度各专业调查研究，认为HC站4#变频泵机械密封损坏与电机轴承机构（滑动轴承）、频率的频繁调节及缺少国产密封的使用经验等因素有关。

原因：变频电机在启动或调频变速过程中产生前后推拉的轴向力。机械密封的静、动环端面密封在频繁调频产生的不规则规律的轴向力作用下，受压摩擦过热、静环发生热脆裂，完全失去密封作用，导致油品泄漏。

5.4 进口与产品搭配的影响

由于进口机械密封材质、精度等方面优于国产密封，进口产品比国产产品的耐用性更好，抗冲击能力更强，使用寿命更长。因此，公司一般在重要受冲击部位（例如变频主输泵）采用进口机械密封，其余用国产机械密封。

6 结语

通过对机械密封的原理、结构、选用要求分析与实际运用相结合分析，可以得知输油站主输泵机械密封失效的主要原因是运行磨损、直接影响因素有工况变化，间接因素有振动导致的机械密封冲洗管失效、节流孔板变形导致机械密封冲洗情况变化等。

因此，在设备管理中，需要合理选用分配国产、进口机械密封；合理使用变频器，使其在特定频率范围内工作，减少对机械密封的冲击；减少输油泵振动，减轻对机械密封冲洗管的影响；定期检查机械密封冲洗管，防止出现堵塞；及时发现、更换变形的节流挡板。

[1]王汝美.使用机械密封技术问答[M].北京：中国石化出版社，2004.

[2]胡国桢，十流.化工密封技术[M].北京：化学工业出版社，1990.

[3]JB/T4127.1-1999 机械密封技术条件[S].

[4]J 范才明.管道输油泵非正常损坏的预防措施油气储运[J],2008( 11).