陳 程 王 征 聶技周 新疆哈密中石油吐哈油田分公司三塘湖采油廠 哈密 839000

1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)原理簡述

機(jī)械密封是一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置。由于傳動軸貫穿設(shè)備內(nèi)外，軸與設(shè)備之間存在一個圓周間隙，設(shè)備中的介質(zhì)會通過該間隙向外泄漏，因此要有一個阻止泄漏的軸封裝置。機(jī)械密封就是眾多軸封中的一種，其具有泄漏量少和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，是旋轉(zhuǎn)設(shè)備最主要的軸密封方式。機(jī)械密封又叫端面密封，其由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。常用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)由靜止環(huán)(靜環(huán))、旋轉(zhuǎn)環(huán)(動環(huán))、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈、靜止環(huán)輔助密封圈、防轉(zhuǎn)銷、壓蓋等元件組成。

2 機(jī)械密封失效原因分析

轉(zhuǎn)動設(shè)備機(jī)械密封失效的原因很多，為分析方便，將失效原因分為設(shè)計(jì)制造性原因和安裝使用性原因。設(shè)計(jì)制造性原因主要是指由于設(shè)計(jì)、原材料、生產(chǎn)產(chǎn)生的缺陷及搬運(yùn)過程中的損壞;安裝使用原因是指在安裝使用過程中導(dǎo)致失效的原因。安裝使用原因按失效的作用機(jī)理分為密封面打開、輔助密封件失效、輸送介質(zhì)影響三大類。

2.1 密封面打開

導(dǎo)致密封面打開原因:①介質(zhì)由空隙流出，出現(xiàn)瞬時泄漏;②機(jī)械雜質(zhì)由間隙進(jìn)入摩擦副，磨損密封面，造成永久性泄漏;③由于密封面不斷的打開、閉合循環(huán)，導(dǎo)致因密封面切邊密封性能降低，出現(xiàn)永久性泄漏。

2.1.1 振動過大造成密封面打開

設(shè)備緊固不到位、找平對中不到位、設(shè)備氣蝕、軸承損壞、基礎(chǔ)剛性差等導(dǎo)致的振動過大造成密封面打開。

2.1.2 補(bǔ)償力不足導(dǎo)致密封面打開

止推面磨損、止推軸承損壞、補(bǔ)償機(jī)構(gòu)原因使補(bǔ)償力不足導(dǎo)致的密封面打開。

2.1.3 其他原因輸送介質(zhì)在摩擦副上汽化、安裝不當(dāng)、軸彎曲等導(dǎo)致的密封面打開。

2.2 輔助件密封性降低

導(dǎo)致輔助密封件密封性下降原因:①使輸送介質(zhì)經(jīng)輔助密封件與其相鄰原件間的間隙流出;②由于輸送介質(zhì)及機(jī)械雜質(zhì)經(jīng)間隙流出造成輔助密封件及其相鄰元件的沖蝕損傷，而導(dǎo)致輔助密封失效。

2.2.1 安裝時清洗不到位

由于安裝時清洗不到位，導(dǎo)致雜質(zhì)與輔助密封件的相鄰原件間形成空隙而降低密封性甚至導(dǎo)致輔助密封件損壞。

2.2.2 安裝選型不合理

在安裝輔助密封件時，所選輔助密封件直徑或周徑過小、密封件彈性過小、不耐高溫等導(dǎo)致補(bǔ)償量不足。或者所選輔助密封件材料遇酸堿腐蝕硬化而失去補(bǔ)償能力。

2.2.3 其他原因

自制輔助密封件在接頭處因膠水等粘合劑原因而硬化，補(bǔ)償能力下降或失去補(bǔ)償能力。自制輔助密封件粘合處存在錯邊現(xiàn)象，導(dǎo)致密封性降低。自制輔助密封件在使用過程中粘合處脫開。

2.3 輸送介質(zhì)影響

輸送介質(zhì)物化性質(zhì)的影響:①由于所輸送介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)會影響機(jī)械密封元件的物化性質(zhì)導(dǎo)致密封性下降;②機(jī)械雜質(zhì)等造成密封面磨損使密封性下降;③介質(zhì)汽化密封面開口使密封面出現(xiàn)切邊甚至缺口致密封性降低;④酸堿等化學(xué)物質(zhì)造成機(jī)械密封緊固螺釘腐蝕、固定鍵腐蝕而使機(jī)械密封發(fā)生軸向竄動而導(dǎo)致密封性降低;⑤輸送介質(zhì)中含有易結(jié)垢的碳酸鹽或易結(jié)晶的物質(zhì)導(dǎo)致補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈性降低而降低密封性。

3 現(xiàn)象與研判

3.1 失效機(jī)械密封情況統(tǒng)計(jì)

對輸送原油的水平中開式離心泵各次維修拆下的失效機(jī)械密封密封件進(jìn)行檢查分析統(tǒng)計(jì)，得到的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

表1 失效機(jī)械密封密封件檢查分析結(jié)果

3.2 機(jī)械密封失效原因分析

從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)看，機(jī)封失效高壓端為低壓端的十二倍(高壓端失效12 點(diǎn)次，低壓端僅失效1 點(diǎn)次);失效機(jī)械密封動密封環(huán)密封面切邊出現(xiàn)8 次，占所有密封件異常情況的61.5%，居故障原因首位，其次是安裝原因?qū)е碌木植看毯鄢霈F(xiàn)泄漏占所有密封件異常情況的15.3%。據(jù)此分析認(rèn)為導(dǎo)致該設(shè)備機(jī)械密封頻繁失效的主要原因:①密封工作壓力高;②由于各種原因?qū)е聶C(jī)械密封密封面頻繁打開導(dǎo)致機(jī)械密封動密封環(huán)密封面切邊，因此找出導(dǎo)致機(jī)械密封故障的原因是解決問題的前提。

3.3 機(jī)械密封密封面頻繁打開的原因

3.3.1 運(yùn)行工況

在設(shè)備試運(yùn)行過程中對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄，分析判斷機(jī)械密封密封面頻繁打開的原因。對輸送常溫原油的水平中開式離心泵的運(yùn)行工況進(jìn)行了觀察檢測，沒有發(fā)現(xiàn)泵軸有明顯的竄動。用對中儀對兩臺泵的找平對中情況進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)見表2 (標(biāo)準(zhǔn)要求張口:＜0.06/100mm，錯口:＜0.1mm)。

表2 對中檢測記錄表(mm)

兩臺泵運(yùn)行時振動情況見表3 。

表3 泵振動檢測記錄表(mm/s)

3.3.2 環(huán)境及參數(shù)

該泵安裝在室內(nèi)，輸送介質(zhì)為低含水、低鹽、低溶解氣、低含沙的常溫原油，進(jìn)出口壓力、輸送量相對穩(wěn)定。初步分析可能存在溶解氣氣化、沙磨等導(dǎo)致密封面打開、機(jī)封損壞，通過對表1 中的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)在更易汽化和進(jìn)沙的低壓端機(jī)封故障幾率僅為高壓端的十二分之一，據(jù)此排除該可能性。

3.3.3 維修保養(yǎng)記錄

查看以往的維修保養(yǎng)記錄，沒發(fā)現(xiàn)這兩臺泵有檢查保養(yǎng)機(jī)械密封補(bǔ)償能力的動環(huán)座的記錄，詢問相關(guān)人員證實(shí)由于維修空間所限補(bǔ)償機(jī)構(gòu)維修保養(yǎng)更換難度大，以前維修保養(yǎng)機(jī)械密封時僅對密封件進(jìn)行了保養(yǎng)或更換。

3.3.4 原因確認(rèn)

(1)將失效機(jī)械密封的動環(huán)座拆下進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn):動環(huán)座中均存在嚴(yán)重的油泥和油垢，導(dǎo)致動環(huán)座補(bǔ)償能力大幅降低，且由于油泥和油垢在補(bǔ)償機(jī)構(gòu)中的不均勻性導(dǎo)致補(bǔ)償機(jī)構(gòu)補(bǔ)償力的不平衡。

將動環(huán)座中的油垢油泥清除后，對補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)存在彈簧彈力失衡、彈簧盤活動有卡澀等情況。因此導(dǎo)致補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償力不平衡。

(2)更換新機(jī)械密封動環(huán)座及密封元件，試運(yùn)行一個月未發(fā)生泄漏，對另一臺泄漏泵的機(jī)械密封密封元件及動環(huán)座拆下，僅更換動環(huán)座，密封元件清洗后回裝，進(jìn)行試運(yùn)行，一個月未發(fā)生泄漏。據(jù)此認(rèn)為導(dǎo)致機(jī)械密封密封面頻繁打開的原因是動環(huán)座補(bǔ)償力不平衡。

4 結(jié)語

導(dǎo)致本原油泵機(jī)械密封故障頻繁的根源:①高壓端機(jī)械密封工作溫度壓力相對低壓端較高，更易結(jié)垢;②機(jī)械密封動環(huán)座彈簧中積垢，影響補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的補(bǔ)償;③機(jī)械密封動環(huán)座因?yàn)檠a(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈簧使用時間較長，補(bǔ)償力不足。這些原因?qū)е聶C(jī)械密封動環(huán)座不能有效補(bǔ)償，機(jī)械密封密封面頻繁打開，出現(xiàn)介質(zhì)流經(jīng)密封面沖蝕密封元件、雜質(zhì)進(jìn)入密封面磨損密封元件、密封面頻繁開合致機(jī)械密封密封面切邊，均會引起密封失效。

1 顧永泉 . 機(jī)械密封實(shí)用技術(shù)［M］. 機(jī)械工業(yè)出版社，2001.