浅析浆液泵机封失效原因及改造

战卫斌

（大庆宏伟庆化公司机电仪车间，黑龙江 大庆 163000）

1 设备情况（如表1）

表1 设备情况

2 失效分析

2.1 常规密封失效原因的介绍

普通结构的机械密封失效的因素很多，概括起来有以下几方面。

（1）腐蚀原因：在工作介质的影响下，机械密封器件受到了侵蚀，在其外部会出现一定的腐蚀面，如果不及时处理，会越来越严重，直至出现腐蚀穿透现象，同时，工作介质还会使异种金属出现电化学腐蚀，镶环被腐蚀，固定实效。

（2）热裂、老化原因：工作状态中，密封面始终在进行干摩擦，冷却水如果在此时缺失，杂质就会与密封面接触，出现抽空等症状，容易使环的外部产生裂纹，影响摩擦环的使用寿命，密封面泄漏问题也会越来越严重。

（3）磨损原因：制造摩擦副的材料如果质量差、硬度低，其摩擦系数必然会增加，端面等比压也会随之增加，杂质与密封面接触的概率增大，如果杂质是固体的，弹簧空间会被杂质塞住，此时，密封面承受的磨损非常大，密封效果不理想。

（4）泵震动与轴向窜动原因：因为机泵在工作过程中会产生气蚀、窝气等问题，加上工作时轴承会产生磨损等问题，这些问题都会造成强烈的泵震动与轴向窜动，使摩擦副瞬间损坏，从而引发机械密封失效的严重问题。

（5）组装、运输等环节的原因：因为组装不合理，机械密封注入、静压测试过程中出现泄漏现象。组装不合理包括如下几种类型：①动、静环贴合面有凹凸，组合过程中不小心产生的碰伤；②动、静环的密封圈大小不合适，组装时没有压实；③动、静环的外表存在杂质；④紧定螺钉没有固定好，弹簧座位置不准；⑤轴套密封圈缺失、没有压实。

（6）运转过程产生的原因：①泵加速运动、抽空使摩擦副受到的压力加大；②弹簧出现问题；③防转销、传动销突然出现问题使密封功能丧失；④其他部件出现问题使动、静环温度突然上升、下降引发的密封面受损；⑤因为冷热骤变，摩擦副附近介质出现结晶等问题，使密封功能失效；⑥工作状态下，泵叶轮轴向窜动额度太高、转轴运转速度不稳定和工人使用不当等问题都会引发密封功能的失效。

2.2 洗涤塔循环泵失效原因的分析

根据该泵密封使用情况和失效后的损坏情况, 能够初步判断出是选型不精准、安装不科学、使用不当原因造成的失效。综合失效部件的现象，该泵机械密封的失效原因大体有以下方面。

（1）动、静环材料选择不合适。原机械密封使用的动、静环的材质为碳化硅，失效形式为传动销位置的碎裂。整体SiC-整体SiC的摩擦副质地佳，耐腐蚀能力强，可柔韧度不足，尤其是遇到骤冷条件，其可能会发生“冷脆”“炸裂”，摩擦副损坏严重，极大地影响了机械密封的密封功能。

（2）结构设计不合理。该机泵轴径较大，导致弹簧所处位置线速度非常大，产生较大的离心力，反映到端面上则受力均匀性受到影响。由于弹簧与介质接触，该介质的特点就是颗粒度大，即使有离心力的作用，但是，介质的对于弹簧的阻塞以及磨蚀作用比较大，导致端面弹簧力缺失，补偿力不足。

（3）冲洗方案不合理。API PLAN 32虽然改善了密封运行环境，但受困于冲洗量和介质特性，未起到决定性效果。

（4）工艺原因。“气蚀”“抽空”“窝气”等问题会影响机泵的正常运转。如果泵处于抽空状态，泵体的振动幅度会非常大，发出极大的噪声，泵内的压力也会急剧提升，使机械密封面受到的压力不均匀，密封环面频繁地启动、激烈的振动、干摩擦、碰撞使密封面遭到极大的破坏。这种模式下的密封性能得不到保证，密封失效泄漏的危机会大大提升。

3 改造方案

3.1 结构优化设计

（1）静止型结构。按照API682，该机泵的轴径规格偏大，故选择静止型结构。

（2）弹簧外置结构。补偿元件不与介质接触，降低介质阻塞弹簧的概率，弹簧更不易失效，补偿作用更未定。

（3）大直径O型圈。增强补偿环浮动性，延缓浆液颗粒堆积的负面影响。

（4）动环双O圈浮动结构。降低动环的轴向和径向载荷冲击，使动环运转状态更稳定。

（5）节流衬圈。在原密封冲洗方案的基础上增加固定水封，配合API PLAN 62使用，减少浆料泄漏后对弹簧的阻塞，改善密封运行环境。

3.2 材质优化选择

（1）密封端面。采用新型镍基硬质合金。YWN12（Ni基硬质合金，抗腐性能强），使用该材料完成镶嵌，借助YWN12+YWN12摩擦副的方法，提升机械密封的抗腐能力与抗磨损能力。

（2）补偿元件。采用哈氏C-276。哈氏C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金，极低的硅碳含量，被认为是万能的抗腐蚀合金。能够抵制湿氯、氧化型氯化物等腐蚀物的侵袭，哪怕是处于低温状态，或者是放入盐酸里，奇都能够有效抵抗腐蚀。因此，近30年来，在苛刻的腐蚀条件下，类似化工、制纸等诸多行业中发挥着积极的作用。

（3）辅助密封圈。采用日本进口胶料，导热系数高,定型能力好，耐腐蚀、抗油、耐高温。

（4）金属部件。接触介质的金属结构件，选择的是2507材料不锈钢。该材料隶属于铁素体—奥氏体(双相)不锈钢之范畴，其具备了铁素体钢与奥氏体钢的所有优点,因为该材料中饱含铬、钼元素，所以，其耐腐蚀能力超强，能够有效抵抗缝隙与均匀类型的腐蚀。

3.3 改善机械密封运转环境

3.3.1 为什么机械密封要采用辅助系统

（1）机封的正常运行对环境的要求极其严格。流体设备中（类似泵、离心机等），对运行环境要求最严格的就是机械密封。①在强大的轴向力的推动下，其要担负巨大的冲击力。②其如同一个散热器，要及时把大量的热量传输出去。③一方面，要担负温度波动、压力冲击带来的压力；另一方面，还要具有极其强大的耐腐蚀功能，如此大的压力下，要实现静密封也是非常不容易的，而现在还需要在快速运行的过程中，在极窄的密封面上完成动密封简直比登山还难。

（2）辅助装置有利于优化密封运行环境。①无辅助装置，优化的范围只可停留在密封构架、材质等浅层次上（付出的多，却无法取得理想效果）。②在实践里，不借助辅助装备成功完成机械密封的概率非常低。类似高压下必须借助串联机械辅助完成密封工作等。③借助辅助装置，对严苛的密封环境要求会适度降低，而密封效果得以提升，运用范围进一步扩大，对使用的材料质量也不再苛刻，使运营成本下滑。

（3）机械密封端面摩擦热进一步降低。端面摩擦热超过了指定标准会产生很多问题：①液膜汽化会受到破坏，影响密封效果；②端面因温度太高受损严重时会发生泄漏现象；③降低抗腐能力；④使密封圈的使用寿命降低；⑤石墨会因为强烈高温而碳化，引发泄漏事件。因此，端面温度太高对机械密封效果的影响非常大。

（4）使用辅助装置的意义。①有效控制温度，最大程度地保护端面不受损伤。②易汽化介质状态下，平衡密封腔压力与饱和蒸气的压力，避免汽化现象的发生。③有利于维持低温泵的内部温度。④在有杂质与腐蚀介质中的条件下，可以提升密封质量。

（5）良好的密封条件下，借助辅助装备，可以最大程度地提升密封性能，提升其使用周期。

（6）辅助装备为机械密封下的重要装备参考工况异同来精准定位辅助装备的类型。世界各国一般都采用美国石油学会制定的指标（离心泵API610）。

3.3.2 改善措施

在API PLAN 32的基础上，增加API PLAN 62方案，最大限度降低浆料泄漏后在弹性原件位置的堆积，降低弹簧卡滞、失弹等失效现象的出现概率。

4 改造效果

庆华公司洗涤塔循环泵P801泵自改造机械密封安装后，运行平稳，寿命显著提高。

5 改造结论

基于对失效原因的分析，通过优化机械密封的结构、采用新型的材料已达到如下目的：

（1）把机械密封失败率降到了最低，使其安全性能得以提升；（2）为了能够在苛刻的环境中完成密封工作，进一步优化了密封环的质地，使其强度得以提升，并且具有极大的安全性，能够在机械密封的过程中，有效对抗因剧烈冲击和频繁震动带来的冲击力；（3）增加了密封设备的使用周期。