基于机械密封故障原因模式的维修策略

胡伟杰

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

0 引言

在炼化装置中，转动设备通常都是输送高温高压、易燃易爆、腐蚀性介质，其维护检修工作就成为装置运行期间的核心重点，其中机械密封的维修工作量更是占到50%以上，因此做好机封的维护检修，查找机封失效的原因，制定有效的解决措施，合理制定维修策略，延长机封的使用寿命，不但能节省维修费用，还能降低设备运行的安全风险。

通常一套完整的机封包括机封本体和配套辅助系统，两者同等重要，只有机封设计合理、制造合格、使用正确，才能保证机封使用寿命。机封常见的泄漏点：①动环辅助密封圈失效引起的介质沿动环与机封轴套之间的泄漏；②机封轴套密封圈失效引起的介质沿轴套与轴之间的泄漏；③静环辅助密封圈失效引起的介质沿静环与静环座（压盖）之间的泄漏；④动、静环形成的密封端面失效引起的介质沿动、静环端面间的泄漏。

1 机械密封故障原因模式

机封按失效发生的寿命时间可分为早期失效、偶然失效和耗损失效。早期失效通常是由机封设计、制造、安装缺陷等原因引起，发生在机封投用初期；偶然失效由偶发因素引起，通常由工艺工况、设备运行状态、操作等原因引起，发生在机封使用中期；耗损失效是指由元件老化、磨损和疲劳等原因引起。从造成机封失效、影响机封正常使用寿命的原因进行分析，将机封故障的原因模式分为以下5 类。

1.1 质量类

因主辅密封、紧固、传动、补偿等元件材质质量、加工精度、设计缺陷等原因造成新换机封不能连续可靠运行。常见的质量类问题如下：

（1）辅助密封O 形圈的质量差或选型不符。选用橡胶应根据相应的工作温度和工作介质选择合适的材质，通常丁晴橡胶的使用温度为162 ℃，聚四氟乙烯、氟橡胶的使用温度为216 ℃，虽然这些材料都有一定的耐热温度，但密封端面产生的热量有时会失去控制，辅助橡胶密封圈有被硫化的可能，导致橡胶圈失去弹性而泄漏。在低温工况下的机封，则要相应的考虑冷脆的影响。当用在需要耐酸碱、酯等化学腐蚀的场合，则优先选用全氟醚材料做为辅助密封。

（2）动静环材质配对不合适。按耐磨性的好坏，常用的配对一般为：碳化硅-碳石墨、硬质合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨、喷涂陶瓷-碳石墨、氮化硅陶瓷-碳石墨、高速钢-碳石墨、堆焊硬质合金-碳石墨。

（3）密封端面材质质量差。质量较差的石墨环，其石墨在制造过程中，聚集在石墨内部的气体膨胀将碳微粒吹出，使其内部存在较多的气孔，用这种石墨环的密封，在使用过程中石墨表面的碳微粒极易脱落，导致密封端面在停用时被粘住。

（4）机封紧固元件的材料使用不正确。如紧固螺钉不能选用经过硬化后的材料，因经过硬化热处理后，金属的耐腐蚀能力会降低。而使用未经热处理的较软的固定螺钉就能紧固在轴上，无需经过硬化处理。

（5）补偿元件选择的弹簧不要选择不锈钢。因为金属在应力作用下会加速其腐蚀速率，不锈钢弹簧在应力作用下更易受氯化物的腐蚀，这种场合推荐使用耐蚀性较高的哈斯特合金钢的弹簧。

（6）机封冲洗流道或冲洗量设计计算不合理。机械密封能否正常工作辅助冲洗系统的作用非常重要，因为它可以起到润滑冷却、冲走结焦颗粒、聚合物等杂物的作用，从而有效保护密封端面。如果没有合理的配置冲洗系统，冲洗液流量、压力不够，冲洗口位置设置不合理、冲洗液选用不正确等，都会影响机封的正常使用。

1.2 安装类

因安装前未确认安装部位轴跳动值、旋向、定位块，对中不好、安装不规范造成元件损伤等。振动、偏斜、不同心会使传动件磨损，弹簧压缩过大、轴串量过大等都会造成密封面的过度磨损。如拆检时发现密封端面磨损变宽，则说明机泵发生了严重的不对中；发现密封面无磨痕，则说明密封面间隙过大，将无法起到有效密封作用，应检查波纹管、弹簧等补偿元件是否正常；发现密封面无磨痕但有亮点，说明密封面垂直度不好，应检查压盖螺拴是否安装好，或泵盖端面表面粗糙度不合适；当使用两个螺拴的压盖时，因压盖的刚度不够，使压盖变形也会形成密封面的亮点；发现金属套外圆表面的磨痕，则有可能是偏斜、不同心的原因造成。常见的安装类问题有：

（1）安装时橡胶件被轴上的旧固定螺钉、键槽、花键轴、锋利的轴肩等割伤。

（2）动静环密封圈未被压紧。

（3）动静环V 形密封圈方向装反，或安装时反边。

（4）密封腔端面与轴垂直度不够，不垂直度允许差0.03～0.05 mm。

（5）轴窜动量超标，应不超过0.5 mm。

（6）密封安装处轴表面粗糙度≤1.6 μm，径向跳动＜0.06 mm。

1.3 操作类

因设备振动超标、抽空、介质超温超压、人为导致机封辅助系统异常等，未及时发现处理。如拆检时发现密封端面磨痕比两个密封面当中的最小宽度还要窄，则说明密封在超压或超温环境下运行，因为密封面发生了变形；发现密封面有切边，通常是因为密封端面突然分得太开，在闭合时因冲击而断裂，造成突然分得太开的原因通常是液体气化，特别是在热水系统或流体中有凝液时，水因密封端面产生的热量从液体膨胀成水蒸气，会造成密封面分得太开；发现动环上的裂纹则是由于传动件的振动，橡胶圈的涨大以及石墨环本身的内应力造成的，而结焦则是因高温所致。常见的操作类问题有：

（1）机封冷却器循环水管线未投用或冷却水管堵，冷却水量不足。

（2）阻封液液位或压力不正常未及时发现。

（3）抽空、汽蚀、轴承故障、转子动平衡问题等导致振动增大。

（4）设备启动前未手动盘车，启动力矩过大，导致密封端面因粘连而剥离密封面。

（5）出口阀门未开或开度过小，造成大量介质在泵壳内自循环，热量积聚，引起介质气化。

（6）机封冲洗中断或输送介质超温产生的高温影响。因金属在温升过程中会改变颜色，在判断是否超温时可通过观察机封金属的颜色，如不锈钢在不同温度下对应的不同颜色：淡黄色→370～432 ℃，棕色→486～540 ℃，蓝色→约590 ℃，黑色→约648 ℃。

1.4 工艺类

因输送介质工艺特性易聚合、结焦、腐蚀、脏或工作环境受限，选不到较好冲洗方案或工艺条件大幅波动等。常见的工艺类问题：

（1）因介质的理化特性，选不到最优的冲洗液和冲洗方案。

（2）工艺调整、阻聚剂等调整变化，影响介质聚合。

（3）腐蚀性介质的影响。

1.5 消耗类

到达机封可靠使用年限。机封的正常使用寿命取决于密封端面的材料、辅助密封的材料、弹性元件的材料等。在选型合理、安装使用正确、系统工作正常、设备运行稳定的情况下，机封很少会因长期磨损而失效。

2 维修策略

（1）针对质量类故障风险，实施基于状态监测的预防性维修。此类故障多出现在更换原配机封厂家初期（测绘不仔细，工艺工况了解不充分、不全面，缺少实际使用经验）、机封厂家内部质量管控不到位、用户库存保管环节不合适（保管不当或元件老化）等，通过规范备件采购管理，避免随意、频繁更换机封制造厂家，督促考核厂家做好品质管控，加强厂家与库管的指导支持协作，保障库存机封质量，可有效降低此类故障率。

（2）针对安装类故障风险，实施基于状态监测的预防性维修。通过加强对安装人员的技能培训，使用标准化作业程序，消项作业，保障安装质量，可有效降低此类故障率。

（3）针对操作类故障，实施基于状态监测的预防性维修，通过加强对设备巡检人员管理、增设在线机泵群振动状态监测、低液位远传报警、机封状态在线监测等技术手段，对机泵的操作严格按照操作规范进行。

（4）针对工艺类故障风险，实施改进型的预知性维修和基于时间的预防性维修。

（5）针对消耗类故障风险，实施基于时间的计划维修，多安排在随装置检修周期的大修期间。

3 结语

机械密封是一种精密部件,对设计、加工制造、装配质量、配套辅助系统选择都有很高的要求，因此机封失效是多种因素综合作用的结果。以上总结了机械密封比较常见的失效原因模式以及维修对策，在使用过程中，要根据失效表现形式，探究失效原因，维修改进，保证机封的安全、可靠运行。