1、机泵机械密封失效原因分析 摘要：炼油厂、化工厂所用泵设备中 95%左右是机泵，而 97%的机泵采用机械密封，其中机械密封失效占机泵故障率的 90%。本文首先简述了机械密封原理，然后分别指出了泵抽空造成机封失效、介质中含碱或盐类、腐蚀造成机封失效、输送的介质中带有催化剂颗粒、振动造成机封失效和端面比压不当造成机封泄漏等机械密封失效原因，并提出了相应的对策。 关键词：机泵；机械密封；失效；原因；对策 1 前言 炼油厂、化工厂所用泵设备中 95%左右是机泵，而 97%的机泵采用机械密封，其中机械密封失效占机泵故障率的 90%。机械密封失效至少有十多种原因，其中泵抽空造成失效占 67%，其它如腐蚀、操
2、作、振动、压力波动等造成失效占 33%，本文将对抽空等几种典型、常见原因进行分析，并提出防治办法。 2 机械密封原理简述 机械密封又称端面接触密封，它是靠一组经过研配的密封端面形成的动密封。其原理是两个密封端面紧密贴合，使密封端面的交界（ 密封界面）形成一微小间隙，当有压力介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，一般膜厚为 0.1 3m 。从而造成阻力，阻止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此获得密封效果。 3 机械密封失效原因分析及相应对策 机械密封虽然是一种理想、广泛应用的密封形式，但是因为它的失效造成直接、间接的经济损失、跑冒滴漏、浪费也是惊人的，从其失效原因入手，可不断的找到延长其寿命，减少损坏
3、几率，提高经济效益的途径。 3.1 泵抽空造成机封失效 3.1.1 原因分析 抽空是造成机封失效的常见原因。 泵抽空造成机械密封失效的根本原因，是密封腔压力在泵抽空时降到很低，此时由于大气压力的作用，会推动静环脱离机械密封压盖，待压力恢复以后，静环由于错动而不能回归原处，从而失效、泄漏。 3.1.2 预防措施 1）操作条件的控制 为了防止机泵抽空，入口罐位应保持一定高度，如果是密闭系统就更应注意，通常入口罐位保持在 7m以下（具体情况视介质比重而定）。为此，应保证机泵安装高度，同时还应注意介质的温度、粘度及管径的大小。 2）加强检查，防止系统漏气。 3）采用新型密封型式 。 3.2 介质中含碱
4、或盐类 3.2.1 实例 齐鲁石化氯乙烯装置中的 GA-230碱泵机封以及 EDC汽提塔进料泵 GA-602输送介质中含 Na+、 K+、 OH。导致机泵的机封损坏率较高，有时连续发生泄漏。 3.2.2 原因分析 输送含碱和盐的介质时，其中的碱和盐离子在低温及浓度较高状态下会以晶体状态析出，如 NaOH、 NaCL等。以 NaOH为例，其细小颗粒会造成机械密封磨擦副静环的磨损，用放大镜可以观察到静环端面上有一圈圈沟槽，此时液膜压力会变大，因为其受力为： F 液膜 =PS 其中介质压力 P不变，接触面积 S扩大了，即沟槽的出现增加了接触面积，液膜受力增大。当液膜受力增大到一定程度时，液膜被破坏，
5、机封发生泄漏。 3.2.3 解决措施 稳定操作条件，防止低温析出，改变机封冲洗水方式，或改变机封形式以防止颗粒进入接触端面，破坏液膜。机泵在停运期间一定要将介质放净，并以清水为介质冲洗泵内部以清空残留的介质。 3.3 腐蚀造成机封失效 腐蚀造成机械密封失效有时是直接的有时是间接的。比如有腐蚀作用的酸、碱、盐类物类使机械密封系 统的元件表面破坏，破坏了正常的液压膜，使轴或轴套腐蚀、密封面有凹槽坑点等，这些都属于直接破坏；使机封泄漏超标进而失效。 3.4 输送的介质中带有催化剂颗粒 氯乙烯装置 EDC 汽提塔进料泵介质为 EDC 和水，内部没有较大颗粒，但有时出现机封磨损问题。这是由于反应器有时会
6、带出一些催化剂进入后系统，这就可能造成进料中会含有微量的催化剂，催化剂为直径十 几十微米的细小颗粒，这种颗粒与介质一同形成液膜，使端面磨损加重，但不一定会使机封立刻失效。催化剂的核心部分是类似胶泥的物质，机泵停止运转后这种物质有 可能把动静环粘在一起（并非每次总是这样）。下次再启泵时，动静环之间相对速度要突然达到 810m/s，这样对两环端面会有较大破坏，多次重复则导致机封失效。 3.5 振动造成机封失效 抽空、冷热流体迅速混合、气蚀、水击、流量变化等等都会造成机泵振动。经常振动会导致机封失效。这是因为：振动使磨擦副的补偿环在轴上产生径向振动和轴向振动。径向振动的结果是使磨擦副的动环在静环上产
7、生交变载荷，造成静环的疲劳损伤。同样补偿环轴向振动所产生的交变载荷，也使静环产生点蚀。一旦产生点蚀泄漏就会加重，失效只是时 间问题。消除振动的最根本方法和途径就是平稳操作。 3.6 端面比压不当造成机封泄漏 作用于密封端面单位面积的力称为端面比压，为保证机械密封具有长久的使用寿命和良好的密封性能，必须选择适宜的端面比压。选择的原则如下： 1）为使密封端面始终紧密贴合，端面比压必须是正值即大于零； 2）端面比压一定要大于物料在密封端面上的蒸汽压； 3）端面比压是决定端面间液膜存在的重要条件，不宜过大，以避免液膜蒸发使磨损加剧；从泄漏量考虑又不宜过小，过小则密封性能变差。 在泵用机械密封中，对于内
8、装式机械密封，端面比压一般选 0.30.5MPa，外装式机械密封端面比压一般取 0.15 0.4MPa；对于粘度较大的介质，可以适当放大，一般选 0.5 0.7MPa；润滑性差、易挥发的物料取较小值，一般取 0.25 0.45MPa。 如一个内装式机械密封，其端面比压 Pc 的计算方法求法为： Pc=Ps+Pi（ K 内 -入内） 其中 Ps： 弹簧端面比压， Pi： 介质压力 K 内：内装式机封平衡系数， 入内：内装液膜反压系数。 对于一台已经确定的机泵，其 Pi、 K 内和入内在设计上是不变的， Ps 因安装不同而变化， Ps 增大 Pc 随之增大；当磨擦力大于静环的许用磨擦力时，静环就会
9、被磨损，时间长了会失效。如果磨擦力小于静环材料的许用磨擦力，磨擦力会产生阻碍补偿运动的作用，这种阻碍作用与弹簧作用相结合，产生瞬时不同步作用，这种不同步作用会对静环产生交变载荷冲击，最终出现点蚀而失效。所以端面比压的值一定要适宜，安装时应注意，有必要时需进行计算。 3.7 其它原因 3.7.1 设计上的缺陷导致机封泄漏 3.7.2 操作原因 例如冷却冲洗水压力、流量达不到要求，或者中断；冲洗水不干净；经常频繁启泵，出口严重憋压，没有预热等等。 3.7.3 材质不好也会造成机械密封提前失效 3.7.4 加工精度低造成机封失效 4 结论 如上所述第一六种现象是机封泄漏的主要原因，其它较为少见。然而
10、，造成机封失效的原因往往是几种原因的组合。总体而言，防止泄漏的途径有以下几种： 1）加强操作、维护和管理，杜绝野蛮操作和不正确操作； 2）选择合适的材料、型号； 3）提高安装时 的装配质量。 机械密封泄漏会造成很多不良后果，尤其对于氯乙烯这类生产有毒化学品的装置还可能造成中毒等重大安全事故。此外，机封泄漏也会使维修费用居高不下。在当前大力倡导节能降耗、安全生产和实行 HSE管理体系的形势下，不断分析机封泄漏原因从而找到解决的办法是非常必要的。希望本文能对设备的管理、操作、维护、检修人员有一定的帮助作用。 参考文献 王汝美 . 实用机械密封技术问答 . 中国石化出版社 . 1996 年 3 月 .
