离心泵机械密封故障频繁问题研判

陈 程 王 征 聂技周 新疆哈密中石油吐哈油田分公司三塘湖采油厂 哈密 839000

1 机械密封结构原理简述

机械密封是一种旋转机械的轴封装置。由于传动轴贯穿设备内外，轴与设备之间存在一个圆周间隙，设备中的介质会通过该间隙向外泄漏，因此要有一个阻止泄漏的轴封装置。机械密封就是众多轴封中的一种，其具有泄漏量少和寿命长等优点，是旋转设备最主要的轴密封方式。机械密封又叫端面密封，其由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力(或磁力)的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。常用机械密封结构由静止环(静环)、旋转环(动环)、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈、静止环辅助密封圈、防转销、压盖等元件组成。

2 机械密封失效原因分析

转动设备机械密封失效的原因很多，为分析方便，将失效原因分为设计制造性原因和安装使用性原因。设计制造性原因主要是指由于设计、原材料、生产产生的缺陷及搬运过程中的损坏;安装使用原因是指在安装使用过程中导致失效的原因。安装使用原因按失效的作用机理分为密封面打开、辅助密封件失效、输送介质影响三大类。

2.1 密封面打开

导致密封面打开原因:①介质由空隙流出，出现瞬时泄漏;②机械杂质由间隙进入摩擦副，磨损密封面，造成永久性泄漏;③由于密封面不断的打开、闭合循环，导致因密封面切边密封性能降低，出现永久性泄漏。

2.1.1 振动过大造成密封面打开

设备紧固不到位、找平对中不到位、设备气蚀、轴承损坏、基础刚性差等导致的振动过大造成密封面打开。

2.1.2 补偿力不足导致密封面打开

止推面磨损、止推轴承损坏、补偿机构原因使补偿力不足导致的密封面打开。

2.1.3 其他原因输送介质在摩擦副上汽化、安装不当、轴弯曲等导致的密封面打开。

2.2 辅助件密封性降低

导致辅助密封件密封性下降原因:①使输送介质经辅助密封件与其相邻原件间的间隙流出;②由于输送介质及机械杂质经间隙流出造成辅助密封件及其相邻元件的冲蚀损伤，而导致辅助密封失效。

2.2.1 安装时清洗不到位

由于安装时清洗不到位，导致杂质与辅助密封件的相邻原件间形成空隙而降低密封性甚至导致辅助密封件损坏。

2.2.2 安装选型不合理

在安装辅助密封件时，所选辅助密封件直径或周径过小、密封件弹性过小、不耐高温等导致补偿量不足。或者所选辅助密封件材料遇酸碱腐蚀硬化而失去补偿能力。

2.2.3 其他原因

自制辅助密封件在接头处因胶水等粘合剂原因而硬化，补偿能力下降或失去补偿能力。自制辅助密封件粘合处存在错边现象，导致密封性降低。自制辅助密封件在使用过程中粘合处脱开。

2.3 输送介质影响

输送介质物化性质的影响:①由于所输送介质的物理化学性质会影响机械密封元件的物化性质导致密封性下降;②机械杂质等造成密封面磨损使密封性下降;③介质汽化密封面开口使密封面出现切边甚至缺口致密封性降低;④酸碱等化学物质造成机械密封紧固螺钉腐蚀、固定键腐蚀而使机械密封发生轴向窜动而导致密封性降低;⑤输送介质中含有易结垢的碳酸盐或易结晶的物质导致补偿机构弹性降低而降低密封性。

3 现象与研判

3.1 失效机械密封情况统计

对输送原油的水平中开式离心泵各次维修拆下的失效机械密封密封件进行检查分析统计，得到的统计结果见表1。

表1 失效机械密封密封件检查分析结果

3.2 机械密封失效原因分析

从以上统计数据看，机封失效高压端为低压端的十二倍(高压端失效12 点次，低压端仅失效1 点次);失效机械密封动密封环密封面切边出现8 次，占所有密封件异常情况的61.5%，居故障原因首位，其次是安装原因导致的局部刺痕出现泄漏占所有密封件异常情况的15.3%。据此分析认为导致该设备机械密封频繁失效的主要原因:①密封工作压力高;②由于各种原因导致机械密封密封面频繁打开导致机械密封动密封环密封面切边，因此找出导致机械密封故障的原因是解决问题的前提。

3.3 机械密封密封面频繁打开的原因

3.3.1 运行工况

在设备试运行过程中对设备运行参数、运行状态进行记录，分析判断机械密封密封面频繁打开的原因。对输送常温原油的水平中开式离心泵的运行工况进行了观察检测，没有发现泵轴有明显的窜动。用对中仪对两台泵的找平对中情况进行检测，检测数据见表2 (标准要求张口:＜0.06/100mm，错口:＜0.1mm)。

表2 对中检测记录表(mm)

两台泵运行时振动情况见表3 。

表3 泵振动检测记录表(mm/s)

3.3.2 环境及参数

该泵安装在室内，输送介质为低含水、低盐、低溶解气、低含沙的常温原油，进出口压力、输送量相对稳定。初步分析可能存在溶解气气化、沙磨等导致密封面打开、机封损坏，通过对表1 中的数据分析发现在更易汽化和进沙的低压端机封故障几率仅为高压端的十二分之一，据此排除该可能性。

3.3.3 维修保养记录

查看以往的维修保养记录，没发现这两台泵有检查保养机械密封补偿能力的动环座的记录，询问相关人员证实由于维修空间所限补偿机构维修保养更换难度大，以前维修保养机械密封时仅对密封件进行了保养或更换。

3.3.4 原因确认

(1)将失效机械密封的动环座拆下进行检查发现:动环座中均存在严重的油泥和油垢，导致动环座补偿能力大幅降低，且由于油泥和油垢在补偿机构中的不均匀性导致补偿机构补偿力的不平衡。

将动环座中的油垢油泥清除后，对补偿机构进行测试，发现存在弹簧弹力失衡、弹簧盘活动有卡涩等情况。因此导致补偿机构的补偿力不平衡。

(2)更换新机械密封动环座及密封元件，试运行一个月未发生泄漏，对另一台泄漏泵的机械密封密封元件及动环座拆下，仅更换动环座，密封元件清洗后回装，进行试运行，一个月未发生泄漏。据此认为导致机械密封密封面频繁打开的原因是动环座补偿力不平衡。

4 结语

导致本原油泵机械密封故障频繁的根源:①高压端机械密封工作温度压力相对低压端较高，更易结垢;②机械密封动环座弹簧中积垢，影响补偿机构的补偿;③机械密封动环座因为补偿机构弹簧使用时间较长，补偿力不足。这些原因导致机械密封动环座不能有效补偿，机械密封密封面频繁打开，出现介质流经密封面冲蚀密封元件、杂质进入密封面磨损密封元件、密封面频繁开合致机械密封密封面切边，均会引起密封失效。

1 顾永泉 . 机械密封实用技术［M］. 机械工业出版社，2001.