离心泵用机械密封失效分析与排除

离心泵用机械密封失效分析与排除

1李晓东,2崔英杰,3王永洲

1中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司红岗采油厂    吉林省 松原市   138000

2中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司扶余采油厂  吉林省松原市138000    3中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司新立采油厂   吉林省 松原市    138000   

摘要：随着经济水平的提升，离心泵是利用叶轮高速旋转时产生的离心力来输送介质流体的增压设备。由于具有性能范围广、结构紧凑、运行可靠和维护方便等众多优点，广泛的应用于农业排灌、城市供水、石油和化工等众多流体机械领域。经统计造成离心泵故障发生的原因中近50%以上是由于机械密封失效引起的。为确保离心泵长周期平稳运行，有必要从故障源头出发，来解决机械密封失效问题。笔者结合多年来生产实践中遇到的实际问题，基于密封原理分析了导致离心泵用机械密封失效的一些重要因素，提出相应的纠正措施，确保离心泵安全、可靠运行。

关键词：离心泵；机械密封；失效分析；研究

引言

机械密封分单端面密封和双端面密封两种。在机械领域中单端面密封比较常用，它主要将与旋转轴处于垂直状态的一对以上端面通过相互配合辅助密封，并充分利用液体压力以及补偿的机构弹力作用和动、静环内的密封圈来有效防止装置内部流体泄漏的结构称为机械密封。机械密封同时指的是旋转式的机械轴封装置，其整个结构主要是由动环、静环以及相关的辅助密封组件共同构成。机械密封在实际应用过程中，表现出了无泄露、使用寿命长等一些优点，从而使得其在化工离心泵的密封过程中得到了广泛应用。

1机械密封原理

所谓“机械密封“又叫“端面密封”，指的是一种仰仗弹性元件对动、预紧密封副（静环端面）、压紧弹性元件和介质二者的压力等方式，进而获得密封效果的一种轴向端面密封装置。在很多时候，密封元件、压紧元件、动环、静环等一起组成了机械密封。而动、静环的端面又共同构成了一对摩擦副，借助干液体（位干密封室）的压力，将动、静环端面彼此压紧，并且二者端面形成了一定比压，也形成了一层薄膜，实现了密封的目的，这种薄膜是一种液体膜。由压紧元件所形成的压力，就能够让处干不运转状态的泵，也可以维持端面的贴合状态，防止了介质外漏的问题产生，另一方面，还能够防止杂质进入到密封端面去。密封圈发挥的作用是不容忽视的，其可以密封轴间隙和动环、压盖和静环间的间隙，与此同时，其又能够对泵所受冲击、振动加以缓解。在实际的运作中，机械密封并不是一个单独的部件，它的工作需要与其他零件一起组合，才能够发挥作用。我们从这个工作原理可以发现，要想实现最优化的密封效果，就需要营造一定的机械密封正常运行条件，应当注意排除以下一些条件：泵抽空或者汽蚀，液膜难以如平时那般有效形成干摩擦副端面；机械密封处会造成密封端面受力不均、泵轴振动异常之类外部情况，有必要借助干机械密封质量来加以完善。

2机械密封失效分析

2.1金属环腐蚀

金属环是化工离心泵的核心密封件，该构件经腐蚀后会对离心泵密封效果产生巨大影响。所以，探究金属环腐蚀具有极为显著的现实意义。金属环表面均匀腐蚀，如果腐蚀性物质沾染密封件附近将导致密封件受损。由于金属环本身抗腐蚀性较差，沾染腐蚀性物质后将加速表面腐蚀。常规条件下，金属环腐蚀具有如下几种严重后果：其一是离心泵内介质发生渗漏；其二是金属环受到磨损，影响密封效果；其三是金属环遭到破坏，离心泵密封功能基本丧失；其四是金属环将发生异样声响。在化工生产中，金属环表面被腐蚀后，腐蚀状态分为成膜腐蚀与无膜腐蚀。成膜腐蚀代表金属环被腐蚀后会在表面形成天然钝化膜，会对金属构件起到一定保护作用。但是，金属环材料在成膜后，会加剧其端面摩擦，从而缩短使用寿命，最终导致钝化膜失去保护功能。金属环在缺氧状态下，新的钝化膜无法生成。在此情况下，腐蚀进一步加剧。无膜腐蚀产生原因是选材错误，此种腐蚀推进速度较快，对金属环十分不利。

2.2泵轴弯曲

“端面密封”是机械密封的别名，其实际上是接触式动密封中的一种“旋转轴向”形式。其工作原理可以理解为两个密封端面（垂直在轴心线）在弹性和流体介质一起作用下的紧密结合，并进而出现相对旋转而获得密封效果的过程，故而可以由此了解到两个密封间必然会有着均匀的受力情况。在出现泵轴弯曲情况时，机械运转过程中密封安装处就会出现较大扰度，以至干密封面没有均匀受力，密封效果也因此大打折扣，并进而增大泄漏的发生概率。若出现了机轴弯曲的话，动、静环在轴旋转状态中并未保持平行，就往往会造成难以保证均匀受力的情况，从而造成源干密封面贴合不完全的泄漏。

2.3人为影响因素

机械密封失效在很大程度上会受到人为因素的影响。设备在实际的运行过程中，如果操作人员出现违规操作或者是人为失误等现象，会导致机械运行产生故障，还会引起机械部件出现裂缝或者是高温变形的状况；另外，如果操作人员在实际的作业过程中责任意识薄弱，经常出现违规操作行为，不能够按照设备维护保养管理规定进行设备严格检查，导致冷却水出现严重不足现象，由此就会使得机械密封带高温条件下出现变形或者是裂缝等问题。

3机械密封故障改进措施

3.1黏接故障纠正

设计选型时考虑密封件动、静环模块的匹配性，尽量采用不同材质的摩擦副模块配套使用。对于小功率电泵，考虑到陶瓷与石墨组合的摩擦副在运行后，石墨较易黏接在陶瓷表面上。优先选用碳化硅与石墨组合的摩擦副来代替陶瓷与石墨组合的摩擦副，能获得较好的启动效果。对于客户指定必须选用石墨与陶瓷组合的摩擦副时，经过试验验证机封安装时在动、静环模块间添加少量美孚DTE轻级-涡轮机/循环系统油机油能够明显减少石墨环运转后产生的黏接现象。而对于碳化硅与碳化硅组合的摩擦副使用时，可通过对碳化硅加碳（窄环）与无压烧结碳化硅（宽环）用二种不同工艺制作的摩擦副组合来设计使用，并通过对摩擦副模块进行表面局部雾化处理，避免动、静环摩擦副黏接故障发生。

3.2预防摩擦的措施

化工离心泵运行过程中会产生机械摩擦，如果机械摩擦过于严重将导致机械密封失效。介此，应关注机械摩擦问题，降低构件间的振动力。首先，合理选择机械端面密封材料，重点考虑材料强度与耐磨性能，以此避免机械裂缝的产生。其次，定期对密封面进行检修，如果发现密封端面粗糙度过大或平整度较差，应及时更换，从源头降低摩擦力。最后，化工离心泵安装过程中，应最大限度避免有关构件表面黏附杂质。化工离心泵运行时，摩擦是导致机械密封失效的主要原因，而离心泵运行时在众多因素影响下不可避免的产生摩擦。所以，应加强摩擦防范工作。除此之外，应进一步加强设备运行中操作者行为规范，可对其进行专业培训，提升操作人员综合素养，健全机械密封维护保障体系。

3.3防腐蚀

化工企业生产作业环境比较特殊，这也是导致离心泵机械密封产生腐蚀失效的主要原因之一。因此，在化工离心泵日常的生产作业过程中，必须针对腐蚀问题进行强化管理。首先，在进行材料采购的过程中，要充分结合化工企业的实际运行工况选择符合标准规定的材料，与此同时，还要充分保证日常防腐蚀工作的严格落实。在日常的防腐蚀工作中还要做好防腐检修记录工作。其次，要对离心泵实际的运行环境进行严格控制，最大程度避免机泵在实际运行过程中出现电化学腐蚀，从而对机械密封产生影响。最后，要针对机械密封的冷却水温度进行严格控制，最大程度避免机械密封的摩擦面出现高温现象。

结语

由于引起离心泵用机械密封故障失效的因素较多，因此要延长机械密封的使用寿命，确保机械密封安全、可靠运行。应从以上角度出发对影响机封密封性能的各种因素加以识别与控制，从而最大程度的减少离心泵故障发生。化工生产中，应健全离心泵维护体系，从防腐、防摩擦、确保安装精度、约束人员行为等视角防止机械密封失效，确保化工离心泵稳定运行。

参考文献

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