炼油厂离心泵机械密封失效的原因及对策

炼油厂离心泵机械密封失效的原因及对策

张兴福

抚顺石化工程建设有限公司维修二车间 辽宁省抚顺市113000

摘要：目前，大型炼油厂的离心泵运行状态管理已经成为炼油厂设备管理中的重要环节，加强炼油厂离心泵管理对于提升设备运行减少故障发生概率等具有积极作用。

关键词：机械密封  离心泵故障  振动

引言

离心泵是炼油行业的主要设备，多选择弹簧式机械密封方式。由于离心泵所处运行环境较为恶劣，极易因操作不当、泵轴弯曲、振动过量等因素出现机械密封失效问题，导致有害液体或气体介质扩散，威胁生产环境及人员安全。

1离心泵振动特征分析

炼油厂离心泵的振动信号往往和其他旋转类机械设备相似，主要是通过周期信号以及平稳随机信号传输的。就离心泵的具体特征来看，其故障特征频率和转子转速的关系密切，且故障频率的大小往往和转子的工作频率相关，因此，在分析离心泵的故障原因时，需要对振动频率以及转子转速之间的情况进行具体分析。一般来说，炼油厂离心泵的振动故障频率和转频之间的关系比较明显，一般可以分为3种，即同步振动、亚同步振动以及超异步同步振动。而同步振动主要是因为转子不平衡以及转轴联轴器不居中引起的，还有可能是因为安装不当造成的，这种同步振动，离心泵的振动频率通常是转子转速或者几倍于转子转速频率，振幅随着转速增加和增大，而在临界转速后又会随着转速增大而降低；亚同步振动主要是因为振动频率小于转子转速，可能会在相应的转速下随时出现，这种振动故障造成的后果比较严重；最后一种振动类型一般出现在振动频率大于转子转速的状态下。

离心泵故障特征频率与转频之间存在以下三种关系。(1)同步振动同步振动时转子振动频率等于转子转速或倍频。强迫振动多表现为同步振动。转子不平衡属典型的同步振动,联轴器不对中一般也表现为同步振动。(2)亚同步振动其主要振动成分的频率低于转频,为转频的分数倍谐波。这多属自激振动,如滑动轴承的油膜振荡、涡轮机械的喘振等。(3)超异步振动其主要振动成分的频率高于转频。如齿轮损坏时的啮合频率、叶轮叶片振动的通过频率即属此类。

2离心泵振动原因分析

2.1机械因素

（1）轴承因素

如果轴承装配质量不高,经过长时间运行后,离心泵就会出现轴承跑外缘现象,造成轴承端温度升高,产生杂音,出现振动。另外,轴承自身磨损可造成内外圈(套)间隙变大,导致转子部件偏心运行,也会产生振动。如果轴瓦顶部间隙过小或瓦盖紧力过大,会造成轴与上瓦的部分接触,接触点的摩擦力作用于转子旋转的相反方向上,迫使转子激烈地振动旋转。如果轴瓦两侧间隙不合适,则无法形成工作油囊,造成干摩擦,也会引起自激振动。

（2）联轴器

一般情况下电动机和泵通过联轴器实现动力传递,装配时电机和泵的同轴度有严格要求。机组运行状态下,同轴度超差会破坏联轴器工作的平衡状态,为补偿这种偏差,联轴器的挠性元件便会产生交变的协调变形,从而产生交变的协调内力,此力作用在泵和电机上,便引起机组振动。另外,联轴器所使用的胶圈、梅花胶皮、尼龙棒和绝缘棒容易损坏,导致噪音增大,产生振动。

2.2温度对机械密封的影响

（1）低温条件

低温介质一般是液化气体具有低沸点、低粘度、高蒸汽压的特点。机械密封在低温条件下可能出现端面液膜汽化和密封材料产生低温脆性等现象。在实际应用中应注意选用耐低温的密封材料（如石墨）并采取强制冷却措施及自冲洗系统。

（2）普热条件

密封腔内温度高易使密封端面间液膜汽化；密封面随温度升高摩擦系数增大磨损增加且容易产生干摩擦破坏密封性能。当温度超过80℃时应加强冷却同时密封零件材料应选耐热材料。炼油厂在普热条件下工作的机械密封结构型式均采用普通弹簧型机械密封并加装水冷却系统。摩擦副材料选用浸渍树脂石墨与硬质合金配对这两种材料均能满足普热条件下的耐热要求。

2.3介质性质对机械密封的影响

（1）气体介质

机械密封通常只能直接密封液体介质不能直接密封气体介质。因为此时机械密封的密封端面无法形成液膜润滑性不良产生干摩擦磨损严重。故应选用双端面密封结构进行间接密封。

（2）强溶解性介质

为避免介质对辅助密封圈的溶解破坏密封性能应采用具有优异化学稳定性、耐腐蚀性及耐油、耐溶剂等性能的聚四氟乙烯作为密封圈材料。酮苯装置的溶剂泵的介质丁酮、甲苯是对橡胶溶解性很强的有机溶剂。因此将其机械密封的密封圈由橡胶O形圈改为聚四氟乙烯V形圈就可避免轴封因密封圈失效而泄漏。

（3）强腐蚀性介质

强腐蚀性介质会使摩擦副表面腐蚀造成泄漏量过大引起密封过早失效。故机械密封应选用耐腐蚀材料如摩擦副材料可采用陶瓷对石墨。此外应尽可能减少与腐蚀性介质直接接触的零件如采用弹簧外置式密封。

3炼油厂离心泵机械密封失效的对策

3.1　规范操作

在离心泵操作过程中，相关方应严格遵循操作规范，从泵启动环节着手，进行合规操作，保证离心泵油室腔内润滑油面高度在动环、静环密封面以上，规避因泵机械密封面润滑度不足而引发干摩擦、拉毛两个密封端面情况。若离心泵机械密封面存在外冲洗冷却水，则需要在启动前期进行冷却水的启动。待外冲洗冷却水流量、压力达到标准要求后，再启动离心泵。同时为了消除摩擦热负面影响，相关方可以优选净化后清洁蒸汽或其他液体，对摩擦副进行冲洗，或者利用过滤的方式滤除介质中悬浮颗粒、杂质，为机械密封顺利运行提供帮助。需要注意的是，在冲洗操作时，相关方应预先配置冲洗液管道过滤器，并对冲洗液管道过滤器清洁度进行检查。在确定冲洗液管道过滤器清洁度的情况下，相关方可以在冲洗液管道适当位置设置止逆阀，避免冲洗液逆行运转。此外，相关方应保证离心泵运行期间电量的正常、平稳供应，避免因骤然发生供电停止情况而引发机械密封泄损坏失效。

3.2　校正泵轴

针对泵轴弯曲导致的离心泵机械密封失去实际效用问题，维修方应从泵轴弯曲控制着手，第一时间更换与泵轴配套的磨损轴套。同时对转子进行动平衡操作，若无法通过动平衡操作完成泵轴校正，则维修方可以进行新泵轴的更换。在长时间运行过程中离心泵转子会发生轴向窜动问题，导致辅助密封、泵轴之间过盈量超标，泵轴上动环移动卡滞，特别是泵翻转后动环、静环在无足够补偿位移的情况下磨损加剧。

3.3　控制振动

为降低炼油厂离心泵振动幅度，维修方可以离心泵、驱动电机同心度轴向、径向控制为着手点，控制两者分别在0.15mm、0.08mm以内。为避免转子周期性振动，相关方可以从转子与上端盖对中不平衡、转子与下端盖对中不平衡、叶轮与主轴不平衡、轴承过度磨损等方面着手，进行逐一纠正。在纠正上述问题的基础上，相关方可以对机械密封位置结构进行进一步优化，比如，将金属台肩增设到离心泵外壳体扣合面、端盖扣合面，阻挡流体、摩擦颗粒冲刷密封元件；再如，对于面积较大的密封垫片，相关方可以依据分体思维，利用“内圈+外圈”的密封垫代替端盖位置一圈的密封垫，充分发挥密封垫作用，避免离心泵机械密封件因局部运动不均而发生振动。

结语

离心泵的振动监测和故障诊断研究的内容和方法需要不断完善和发展。但笔者认为应在如何实现专家系统的在线振动状态监测和远程诊断、如何利用离心泵的各种可监测参数进行分析以提高故障诊断的可靠性以及离心泵振动状态监测与故障自愈相结合等方面开展广泛研究,打破传统的专业壁垒,吸收其它领域学科的研究成果,挖掘各种故障诊断技术之间的内在联系,取长补短,促进离心泵的振动监测和故障诊断技术的发展。

参考文献

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