公用工程水汽装置二化污P-03#泵机械密封失效分析

叶永青，李来军

（兰州石化维达公司，甘肃兰州 730060）

公用工程水汽装置二化污P-03#泵机械密封失效分析

叶永青，李来军

（兰州石化维达公司，甘肃兰州 730060）

石化厂水汽装置二化污P-03#泵是二化污的关键设备之一，P-03#泵原来采用单端面大弹簧非平衡机械密封，自P-03#泵投入运行转以来，运行周期短，机械密封频繁发生泄漏，机械密封失效频率较高。

污水；机械密封；端面受力；失效；措施

1 机械密封原理

机械密封的使用性能主要取决于由两密封端面构成的主密封，密封的端面是由一层极薄的流体来润滑，以保证其正常工作，而这又取决于端面的摩擦状态。因此，机械密封要保持良好的密封性能和长久的使用寿命，须分析研究端面间液膜压力的分布，以便能够选择合理的机械密封形式。

在正常设计工况下使用机械密封，其动环受到介质与弹簧力合力的压紧，压紧力的大小对机械密封使用寿命有很大的影响。因此，对动环进行受力分析能够为正确选型提供依据。

动环受力可以[1]表示为：

式中：F弹弹簧力，N；p弹为弹簧比压，MPa；F介为介质作用在动环上的力，N；p介为密封介质压力，MPa。D2为动环与静环接触的有效直径；D1为静环的直径；D0为动环的直径。

当轴径为50～150mm时，计算得反压系数（γ）为介质压力的0.4～0.6倍，一般当轴径在该范围内时，选择反压系数为0.5。而该泵轴径为65mm，故取端面间液面反压系数为0.5，由此可得推开力（R）为：

端面比压不易晴过大，也不易过小。若端面比压不能小于端面间液膜的反压力，即P比正值，否则密封会被打开，从而使密封失效；而且端面比压不能小于因摩擦使端面间温度升高时的物料或冲洗介质的饱和蒸气压，否则介质开始蒸发，因此，要在保证漏量最小的情况下，摩擦副接触面之间的液膜须保持摩擦面之间的润滑作用，以保证密封的有效性。

根据试验结果和实践经验，端面比压在一般情况下取0.20～0.39MPa为宜。对介质压力高，润滑性良好，摩擦副材质好的情况，可选较大的端面比压值。而对于润滑性差、易挥发的介质（如液态烃），则选用小的端面比压值。

2 密封失效原因分析

2.1 动、静环密封圈

由于P-03#泵介质为石化厂排出的含大量C4的烃类污水，其腐蚀性不是很大，操作温度为86℃，原辅助密封为O形硅橡胶圈，适用于低溶胀性矿物油、弱酸或弱碱等的介质中，适用温度为-30℃～260℃。虽然其有很好的耐高温性，能够满足介质温度的要求，但是其耐油性却很差，若长时间浸泡在油性介质中，O形圈则发生涨大变形。同时，由于动环在补偿过程中，O形圈与轴套发生摩损，产生一些固体颗粒残留在轴套上，介质在橡胶圈与轴套（轴）摩擦部位产生结晶物。由于橡胶圈的涨大变形，使静环、静环密封圈和轴套之间紧紧粘接在一起，使弹簧加荷装置没有推力作用到静环面上，动、静环之间不能紧密结合在一起，从而导致密封失效，发生泄露。另一方面，由于动环或橡胶圈紧固在轴上，当轴转动时，动环若不能及时贴合，密封面的滞后闭合，密封面被打开，使得密封失效，发生泄漏。

2.2 机械密封补偿力提供方式

P-03#泵补偿力由单弹簧提供。多弹簧机械密封与单弹簧机械密封相比，单弹簧弹簧比压不均匀，且轴径越大越突出。在轴高速转动时，受到离心力的影响，引起弹簧变形和产生一定的偏移量，使得端面比压不稳定，影响密封的性能。而多弹簧不会因为轴径增大而影响弹簧比压，在转速增大时，其受离心力的影响较小，仍然能够保持稳定的端面比压。另外，单弹簧压缩量变化时，其弹性力变化很小，当摩擦副歪斜时，其自调整能力差，即缓冲性差，而且单弹簧受离心力的影响比较大，加大了摩擦副发生歪斜的机率，也使得产生泄漏的机率增加。

2.3 机械密封形式

P-03#泵由于其介质为污水，对于端面比压的要求比较严格，要稳定其端面比压，一是控制其介质压力，减小其介质压力对端面比压的影响；二是控制其弹簧比压，即增加弹簧比压的稳定性，以保证其具有稳定的端面比压。而P-03#泵采用非平衡型，难以满足这一条件。

3 改造措施

1）对于P-03#泵的泄漏，其原因之一是O形圈的材料选择。因此在选用辅助密封时，首先应当选用耐高温，耐油性较好的材料；其次，辅助机械密封的形式采用线型环，或者V型圈。丁晴橡胶适用于矿物油、汽油及挥发油等介质，其使用温度为-30℃～120℃，具有良好的耐油性；聚四氟乙烯与强酸、强碱及各种溶剂均不起作用，具有优异的化学稳定性，使用温度-180℃～250℃，是一种极好的自润滑材料，两者都可以作为P-03#泵的辅助密封材料。但是从使用V型圈的情况来看，其使用的周期不是很长就发生泄漏，这是因为V型圈对加工的精度要求较高，如果加工精度达不到要求，机械密封很容易失效，缩短使用寿命。另一方面，在轴套上基本上没有产生结垢，这说明结垢产生的主要原因是由于O形圈的耐油性差所致。因此，P-03#泵的密封采用丁晴橡胶O形圈。

2）机械密封补偿力由单弹簧改为多弹簧提供。

3）机械密封型式由非平衡型改为平衡型。

4 结束语

P-03#泵采用多弹簧平衡型机械密封后，减小了介质压力的影响，给动环提供了稳定的端面比压；材料选用丁晴橡胶O形圈提高了耐油性，实现了设备的长周期运行。

[1] 胡国桢.化工密封技术[M].北京：化学工业出版社，1990.

Failure Analysis of Mechanical Seal of P-03 # Pump in Public Works

Ye Yong-qing，Li Lai-jun

The P-03 # pump is one of the key equipment of the second chemical pollution.The P-03 # pump originally used singleend large spring non-balanced mechanical seal，since the P-03 # pump has been put into operation.，The operating cycle is short，mechanical seals frequently leak，mechanical seal failure frequency is higher.

sewage；mechanical seal；end face force；failure；measure

X703

：A

：1003–6490（2017）04–0110–01

2017–03–15

叶永青（1967—），男，甘肃兰州人，助理工程师，主要研究方向为技术。