化工离心泵机械密封失效原因

于宏宇

（中海壳牌石油化工有限公司，广东 惠州 516086）

0 引言

机械密封为一种旋转机械上的轴封装置，泄漏量少、使用寿命长久、功耗小、泵运行效率较高等是其主要优势，在智能化生产及高低温、真空等各种特殊环境中对密封效果提出更高的要求。在国内的化工生产实践中，机械密封广泛应用于离心泵轴封中。在其常见故障中，机械密封失效在故障总量中占比达到了70%左右，故而机械密封的运行情况直接关系着机泵的运行效率。

1 机械密封的工作原理

机械密封结构图如图1所示。

图1 机械密封结构图

（1）端面摩擦副的功能主要是维持配合的紧密型，产生密封面，规避发生介质泄漏情况；动、静环自身要有较好的耐磨性，动环能够实现轴向运动，对密封面磨损问题能够自动补偿，和静环之间更好的配合，取得良好的缓冲成效。

（2）弹性元件的作用以补偿、预紧与缓冲为主，且还能对密封面形成科学的比压。

（3）辅助密封主要发挥静环与密封动环的作用，确保静环与压盖之间的密封性处于较高水平，使静环自身有较好的流动性。

（4）变速器可以被看成是传输扭矩的轴动环。

（5）动环的作用以运动为主，在静态下实现精准定位，这是摩擦关节能处于准确方位及维持良好弹性压力的重要基础[1]。

2 化工离心泵机械密封失效的原因分析

2.1 腐蚀

这是造成离心泵发生密封失效问题的最常见原因，以点和表面、应力腐蚀、电化学腐蚀较为常见，均会影响设备的机封效果，导致其出现缝隙过大、局部结构失稳等情况，产生密封性问题。(1)点及表面腐蚀：在点、面腐蚀的作用下，增加了弹簧失稳、缝隙偏大等不良状况发生的概率，伴随时间的推移会发生密封性问题。(2)应力腐蚀：主要是在组装离心泵时，因操作方法欠妥导致一些部件发生应力腐蚀，使机械发生断裂性问题。(3)电化学腐蚀：设备在复杂、恶劣的工况下运作，造成机封失效，对离心泵机封功能形成较大的破坏。

2.2 机械摩擦

机械设备运转阶段，生成较大的摩擦力时会对离心泵机封性能形成较大影响，造成机封失效。通常情况机械摩擦引起的直接后果是局部零部件提前老化、破损、变形，在设备管理维护实践中应认真落实防范、检测的工作。

引起摩擦副密封失效的原因主要有如下几点：一是实际操作时，因存在抽空、气蚀、憋压等异常，以致形成较大的轴向力，造成动、静环接触面逐渐分离；二是安装机封时形成较大的压缩量，对摩擦副端面形成磨损、擦伤；三是动环密封圈太紧，以致弹簧不能精准的调控动环的轴向浮动量[2]。

2.3 人为因素

这是引起离心泵密封性失效的常见主观因素。一是因为在运转操作时，因人为违规操作或行为偏差，造成机械运行阶段突发故障，严重时造成部分零件出现裂缝、高温变形等问题；二是部分操作人员安全生产意识淡薄，责任心弱，故意省略操作步骤或违规生产。比如在供应冷却水时，没有严格依照规定落实定期检查工作，引起冷却水供应不够等问题，造成机封在高温条件下出现变形、裂缝等问题，影响机封效果。

2.4 汽蚀

这是引起离心泵机封失效问题的常见因素。若在泵入口流量不够的情景下启泵，很可能造成泵入口压力值急剧下降或抽空，进而引起入口叶轮发生汽蚀等问题。在汽蚀因素的作用下，泵送介质内溃散的气泡破裂会冲击机泵叶轮，对机封横截面产生一定摩擦，引起磨损、擦伤等状况，如果问题长期没有被解除，将会使离心泵机封失效风险显著增加。

2.5 泵振动过大

在机械生产制造与安装操作准确性等诸多因素的影响下，任何离心泵运行阶段会出现不同程度的振动情况，如转子不平衡、机泵不同心、滚动轴承出现故障异常等。由轴承箱表层实测的最大振幅要低于0.06 mm，一旦超出以上限值就要进行停泵处理。从宏观层面上，可以将振动分解成垂直、水平与轴向三个不同方向，相比之下，轴向振动对机械密封性会形成较大影响[3]。一旦泵振动幅度增加时，很可能导致动、静环分离。刹那间的分离动作在施加液膜时会造成密封面开启，形成大量泄漏问题，若这样的工况下摩擦附近介质内掺杂着固体颗粒，其被整合至密封端面之间时，会对密封端面造成不同程度的损害。

3 处理方法

3.1 选择科学的密封方式，确保安装操作的精准性

既往有大量生产实践证实，只有在合理选择机封形式及精准安装各部件的情景下，才能使离心泵安全、有效运行，规避密封性问题。首先，要结合离心泵的真实运行环境，正常运行温度、压力等多种工况参数，科学选择机封形式；其次，离心泵安装过程加强把关控制，密切关注设备运行状态变化情况，加强对设备的巡检、维护力度，认真执行设备定期检测制度，力争将设备投运阶段故障发生率降到最低[4]；再者，因为机封结构内置了很多精密部件，故而在安装施工中，一定要严格依照安装工艺规程操作，整体提升安装操作的精准性，加大机封内精密性部件的保护力度，设备安装实践中严禁出现盲目操作的情况；最后，持续强化设备的日常维护管理工作，立足于实际情况建立一套完善、可行的设备维保体制，进一步保障精密部件的维保效果。

3.2 防腐蚀

化工生产环境复杂且特殊，故而在离心泵常规生产作业中，一定要重视腐蚀问题，对其进行加强管理。首先，在购置材料环节中，一定要结合化工企业的真实运行工况，选择引进符合现行标准的材料，并且要确保日常工作中认真落实防腐蚀工作，详细、准确记录防腐检修工作执行情况。其次，加强离心泵真实运行环境的把关控制，规避其在运转阶段发生电化学腐蚀问题，实现对既有械封效果的有效保护[5]。再者，做好机封冷却水温度的把控工作，规避机封摩擦面出现高温的现象，如果探查到部分零部件出现了腐蚀问题，则要尽早对其进行换新处理。最后，实践中拆卸、解离机封构件后，发现静环、动环的辅助密封件弹性丧失，局部已经发生了腐烂，导致机封出现了明显渗漏甚至是磨轴情况。这主要是因为高温、污水内的弱酸、弱碱物质对橡胶密封件形成不同程度的腐蚀作用，如果离心泵在腐蚀性介质较多的工况下运作时，要选择能耐受高温。弱酸、弱碱的氟橡胶作为橡胶件。

3.3 防控摩擦

离心泵在投入使用过程中，出现机械性摩擦问题难以完全规避，严重摩擦时可能造成机封失效。为有效防控摩擦因素，可以采用如下几种方法：首先，科学选择机封断面材料，确保其有较高的强度及耐磨性，借此方式规避因发生机械裂缝情况而引起失效问题。其次，加大机封密封面的维护管理力度，若检测发现其粗糙度较高或平整度偏差时，则要尽早对其进行换新处理。最后，在安装机械部件时，应做好部件表层杂质的清除工作，否则在设备运行阶段会形成较大的摩擦力，使机封性能降低[6]。离心泵运行阶段，引发摩擦情况的因素则有很多。因此，一定要认真落实有关防范工作，加大操作人员技术能力的培训，督促他们按照操作规范操作设备，使机封的密封性能得到更大保障。

3.4 防范人为因素

首先，提升操作人员的安全生产责任意识，规范他们操作设备的行为方法，严格依照规范要求去执行各项生产任务。其次，建立健全日常维护管理制度，推行岗位职责机制，认真落实各项维管工作内容。再者，做好机械维管及运行操作技术培训工序，整体提升工作人员的业务能力。最后，建设考评机制并严格执行，将考评成绩和职称、薪酬奖金等挂钩，这是提升工作人员积极性的有效方法之一。

3.5 消除泵振动过大的问题

首先，加强转子部分的控制，主要控制对象是转子的径向跳动情况，最大值不能超过0.03～0.05 mm。

其次，做好和电机同心度的控制，要求电机单独运作时自身额度振动幅度在0.03 mm以下；加强正常作业温度下泵与电机的同心度的控制，轴向、径向分别要控制在0.08 mm、0.10 mm以下[7]。

再者，加强泵运转时振动峰值的控制，峰值要低于0.06 mm。

最后，在化工现场生产操作、检修、调整校对等环节中，工作人员一定要认真执行操作规程，尽可能的消除掉振动源。

4 结语

综合全文论述的内容，不难发现，引起化工离心泵机封失效的原因较多。在日常生产及管理维护过程中，根据失效现象，综合多方面因素分析失效问题的成因，探究完善维护离心泵机封的措施，使机封性能得到更大保障，创造更多的经济效益。