机械密封泄漏分析

2022-07-13赵省杰

装备维修技术 2022年26期

赵省杰

摘要：机械密封于运转过程中出现泄漏故障时，需要对其故障原因进行分析，以此来得出对下一步维修有益的参考，防止机械密封的频繁泄漏，牵扯大量人力物力，本文主要以装置内成品泵的机械密封（密封方案P21）频繁泄漏的案例为引，分析该自冲洗方案密封泄漏的主要原因。

关键词：机械密封;P21;泄漏;自冲洗

1 密封失效现象描述

某装置柴油成品泵，主要介质为成品柴油，介质清洁，密封厂家为丹东克隆;在2019年4月进行维修，维修后设备运转正常，于2021年6月时出现前后端密封泄漏现象

2021年7月进行首次维修，经运转不超过一周后，出现非驱动端密封泄漏现象，泄漏量约2秒1滴。于9月密封到货后进行了第二次维修，经运转约一周后，出现驱动端密封压盖根部处渗漏，后续出现非驱动端密封泄漏，泄漏量约2秒1滴。

2 故障原因分析

本文对此密封泄漏案例分两方面考虑，分为工艺操作和密封结构设计，首先是工艺操作，需要考虑密封的泄漏是否是因为工艺参数的变化导致的，其次考虑是否因为其密封的本质结构存在问题，导致密封的频繁泄漏。

2.1某工艺操作情况

选取1年时间跨度内塔液位及成品去罐区背压趋势，去除外因影响分析可得，液位整体处于约60%左右浮动，背压处于0.2MPa至0.25MPa之间，整体上看没有大范围波动变化，基本可以排除工艺操作对机泵运行状态的影响。

2.2自冲洗线孔板尺寸确定

由于密封方案为P21自冲洗方案，首先确认其孔板尺寸是否符合流量要求，本文中自冲洗流量选取设计书中经验值，并参考密封厂家设计经验值确认。

节流孔板流量计算公式：dk=[（421.6*G）/（ρ*∆P）^0.5]^0.5 [1]

Dk：节流孔板直径，mm

G：流量，t/h

ρ：介质密度，kg/m3

∆P：节流孔板前后压差，MPa

其中由于密封轴径在85～95范围内，取冲洗量为8L/min[2]，由于本泵设计为前后两个密封腔，而自冲洗流体从泵出口一点引出，经换热后分别注入密封腔，故而取流量为16L/min，换算为t/h，G=0.799t/h，按装置成品柴油样化验分析成绩得ρ=832.2kg/m3，按照工艺参数计算得泵入口压力为0.12MPa，根据泵实际运转监控，取泵出口压力历史较低值为1.1MPa，取∆P=0.98MPa，计算可得dk（孔板直径）≈3.43mm，如果要求流量保持不变，压差增大后对孔板直径要求会缩小。

机泵维修时实测孔板直径≈3.5mm，基本符合密封冲洗要求。

2.3某密封解体检查

2.3.1密封泄漏原因

解体检查可发现，非驱动端密封泄漏的主要原因为波纹管根部（密封冲洗孔F下方）位置处冲刷出深沟，造成密封泄漏，但未出现明显损伤，未造成密封泄漏;针对两端密封波纹管状态不同，进行了如下分析：

本泵密封方案为P21，介质从泵出口引出，经换热后进入密封腔，维修时检查疏通密封自冲洗管线，不存在堵塞现象，可以排除两端冲洗流量不同造成的影响。

2.3.2密封形式及自冲洗形式分析

密封自冲洗形式（进入密封腔）可分为径向，轴向和切向[2]，根据装配图纸无法得出其自冲洗方向，根据实物判断其自冲洗方式应为轴向冲洗，从密封冲洗形式上来看，轴向冲洗减少了对石墨环的冲蚀，在冲洗形式的选择上不存在明显问题。可显示其为静止式机械密封，补偿机构安装在压盖内，不旋转，主要为防止腐蚀介质损坏补偿机构，但由于其静止，导致自冲洗流体固定冲刷一点，且波谷处容易导致杂质累积或结焦，从本泵介质成品柴油（低硫），转速2970r/min，判断其选择静止式密封弊大于利。

2.3.3波纹管检查分析

根据单点冲洗孔开设的原则，其应该选择不直冲软环，亦不远离摩擦端面的位置[2]，非驱动开孔设计明显不符合基本设计原则，同时本次拆卸的驱动端密封为2019年前后公司代储代销库存量，2021年7月领用，非驱动端为2020年9月新提密封，2021年7月领用，两批次密封在自冲洗开孔上方式严重差异，体现了厂家缺少对单点冲洗开孔方位的统一设计要求及松懈的制造标准要求。

2021年7月维修后，拆下2019年更换密封显示其波纹管无损伤，但波纹管有结焦物堆积，补偿性减弱，参考装置相应工艺指标一直处于平稳状态，自冲洗流量没有范围性波动，可得出波纹管损伤与其改变单点自冲洗流道形式有一定关联。

根据机械行业标准JB/T 8723-2008《焊接金属波纹管机械密封》波片硬度范围：经过热处理的波片维氏硬度HV0.2为375～475;不经过热处理的冷轧波片维氏硬度HV0.2为255～330。根据密封厂家丹东克隆提供，该密封波纹管材质为316L，按照其最大硬度217HB换算为维氏硬度约为225至230之间，根据密封厂家提供，钢材在制作时应经过热处理，所以不符合标准的375～475硬度要求，判断其材料选择存在问题，但是由于硬度测试针对钢材，在制作成波纹管波片后其硬度无法得到验证，对316材质的硬度试验亦不存在成文的结论参考，故此条不做为主要结论，简述分析经过。

在与其他密封厂家沟通后，整体可得出经验结论，316材质波纹管可适用于清水介质及常温低压环境，在本泵的操作条件下一般不推荐使用（适用于部分厂家内部设计要求）。

3 对密封的改造

1）设计图纸中将静止式密封改为旋转式密封，波纹管随轴旋转，使得自冲洗流体不再长期直冲一点，并且由于波纹管的旋转，可以使其波谷处不再聚积杂质，最右因为旋转，导致波纹管受热均匀，不易产生结焦;

2）改变了波纹管的安装方向，使冲洗流道不再直冲波纹管;

3）将单点冲洗方式改为了切向冲洗，切向密封随着转向冲洗，冲洗效果好于轴向冲洗，对石墨环的伤害最小;

4）提高波纹管材质为Inconel 718。

4 结论

综上，对P-1604密封泄漏分析得到以下几点：

1）由于采用静止式机械密封，导致自冲洗流体固定冲刷一点，且波谷处结焦物堆积，补偿性减弱;

2）非驱动开孔设计明显不符合基本设计原则，导致流体直冲波纹管根部;

3）选用波纹管材质不符合JB/T 8723-2008《焊接金属波纹管机械密封》波片硬度要求;

4）在本泵的操作条件下一般不推荐使用316作为波纹管材质。