于宏宇

（中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

機(jī)械密封為一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械上的軸封裝置，泄漏量少、使用壽命長(zhǎng)久、功耗小、泵運(yùn)行效率較高等是其主要優(yōu)勢(shì)，在智能化生產(chǎn)及高低溫、真空等各種特殊環(huán)境中對(duì)密封效果提出更高的要求。在國(guó)內(nèi)的化工生產(chǎn)實(shí)踐中，機(jī)械密封廣泛應(yīng)用于離心泵軸封中。在其常見故障中，機(jī)械密封失效在故障總量中占比達(dá)到了70%左右，故而機(jī)械密封的運(yùn)行情況直接關(guān)系著機(jī)泵的運(yùn)行效率。

1 機(jī)械密封的工作原理

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)圖

（1）端面摩擦副的功能主要是維持配合的緊密型，產(chǎn)生密封面，規(guī)避發(fā)生介質(zhì)泄漏情況；動(dòng)、靜環(huán)自身要有較好的耐磨性，動(dòng)環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)，對(duì)密封面磨損問題能夠自動(dòng)補(bǔ)償，和靜環(huán)之間更好的配合，取得良好的緩沖成效。

（2）彈性元件的作用以補(bǔ)償、預(yù)緊與緩沖為主，且還能對(duì)密封面形成科學(xué)的比壓。

（3）輔助密封主要發(fā)揮靜環(huán)與密封動(dòng)環(huán)的作用，確保靜環(huán)與壓蓋之間的密封性處于較高水平，使靜環(huán)自身有較好的流動(dòng)性。

（4）變速器可以被看成是傳輸扭矩的軸動(dòng)環(huán)。

（5）動(dòng)環(huán)的作用以運(yùn)動(dòng)為主，在靜態(tài)下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，這是摩擦關(guān)節(jié)能處于準(zhǔn)確方位及維持良好彈性壓力的重要基礎(chǔ)[1]。

2 化工離心泵機(jī)械密封失效的原因分析

2.1 腐蝕

這是造成離心泵發(fā)生密封失效問題的最常見原因，以點(diǎn)和表面、應(yīng)力腐蝕、電化學(xué)腐蝕較為常見，均會(huì)影響設(shè)備的機(jī)封效果，導(dǎo)致其出現(xiàn)縫隙過大、局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)等情況，產(chǎn)生密封性問題。(1)點(diǎn)及表面腐蝕：在點(diǎn)、面腐蝕的作用下，增加了彈簧失穩(wěn)、縫隙偏大等不良狀況發(fā)生的概率，伴隨時(shí)間的推移會(huì)發(fā)生密封性問題。(2)應(yīng)力腐蝕：主要是在組裝離心泵時(shí)，因操作方法欠妥導(dǎo)致一些部件發(fā)生應(yīng)力腐蝕，使機(jī)械發(fā)生斷裂性問題。(3)電化學(xué)腐蝕：設(shè)備在復(fù)雜、惡劣的工況下運(yùn)作，造成機(jī)封失效，對(duì)離心泵機(jī)封功能形成較大的破壞。

2.2 機(jī)械摩擦

機(jī)械設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)階段，生成較大的摩擦力時(shí)會(huì)對(duì)離心泵機(jī)封性能形成較大影響，造成機(jī)封失效。通常情況機(jī)械摩擦引起的直接后果是局部零部件提前老化、破損、變形，在設(shè)備管理維護(hù)實(shí)踐中應(yīng)認(rèn)真落實(shí)防范、檢測(cè)的工作。

引起摩擦副密封失效的原因主要有如下幾點(diǎn)：一是實(shí)際操作時(shí)，因存在抽空、氣蝕、憋壓等異常，以致形成較大的軸向力，造成動(dòng)、靜環(huán)接觸面逐漸分離；二是安裝機(jī)封時(shí)形成較大的壓縮量，對(duì)摩擦副端面形成磨損、擦傷；三是動(dòng)環(huán)密封圈太緊，以致彈簧不能精準(zhǔn)的調(diào)控動(dòng)環(huán)的軸向浮動(dòng)量[2]。

2.3 人為因素

這是引起離心泵密封性失效的常見主觀因素。一是因?yàn)樵谶\(yùn)轉(zhuǎn)操作時(shí)，因人為違規(guī)操作或行為偏差，造成機(jī)械運(yùn)行階段突發(fā)故障，嚴(yán)重時(shí)造成部分零件出現(xiàn)裂縫、高溫變形等問題；二是部分操作人員安全生產(chǎn)意識(shí)淡薄，責(zé)任心弱，故意省略操作步驟或違規(guī)生產(chǎn)。比如在供應(yīng)冷卻水時(shí)，沒有嚴(yán)格依照規(guī)定落實(shí)定期檢查工作，引起冷卻水供應(yīng)不夠等問題，造成機(jī)封在高溫條件下出現(xiàn)變形、裂縫等問題，影響機(jī)封效果。

2.4 汽蝕

這是引起離心泵機(jī)封失效問題的常見因素。若在泵入口流量不夠的情景下啟泵，很可能造成泵入口壓力值急劇下降或抽空，進(jìn)而引起入口葉輪發(fā)生汽蝕等問題。在汽蝕因素的作用下，泵送介質(zhì)內(nèi)潰散的氣泡破裂會(huì)沖擊機(jī)泵葉輪，對(duì)機(jī)封橫截面產(chǎn)生一定摩擦，引起磨損、擦傷等狀況，如果問題長(zhǎng)期沒有被解除，將會(huì)使離心泵機(jī)封失效風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。

2.5 泵振動(dòng)過大

在機(jī)械生產(chǎn)制造與安裝操作準(zhǔn)確性等諸多因素的影響下，任何離心泵運(yùn)行階段會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)情況，如轉(zhuǎn)子不平衡、機(jī)泵不同心、滾動(dòng)軸承出現(xiàn)故障異常等。由軸承箱表層實(shí)測(cè)的最大振幅要低于0.06 mm，一旦超出以上限值就要進(jìn)行停泵處理。從宏觀層面上，可以將振動(dòng)分解成垂直、水平與軸向三個(gè)不同方向，相比之下，軸向振動(dòng)對(duì)機(jī)械密封性會(huì)形成較大影響[3]。一旦泵振動(dòng)幅度增加時(shí)，很可能導(dǎo)致動(dòng)、靜環(huán)分離。剎那間的分離動(dòng)作在施加液膜時(shí)會(huì)造成密封面開啟，形成大量泄漏問題，若這樣的工況下摩擦附近介質(zhì)內(nèi)摻雜著固體顆粒，其被整合至密封端面之間時(shí)，會(huì)對(duì)密封端面造成不同程度的損害。

3 處理方法

3.1 選擇科學(xué)的密封方式，確保安裝操作的精準(zhǔn)性

既往有大量生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，只有在合理選擇機(jī)封形式及精準(zhǔn)安裝各部件的情景下，才能使離心泵安全、有效運(yùn)行，規(guī)避密封性問題。首先，要結(jié)合離心泵的真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，正常運(yùn)行溫度、壓力等多種工況參數(shù)，科學(xué)選擇機(jī)封形式；其次，離心泵安裝過程加強(qiáng)把關(guān)控制，密切關(guān)注設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化情況，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的巡檢、維護(hù)力度，認(rèn)真執(zhí)行設(shè)備定期檢測(cè)制度，力爭(zhēng)將設(shè)備投運(yùn)階段故障發(fā)生率降到最低[4]；再者，因?yàn)闄C(jī)封結(jié)構(gòu)內(nèi)置了很多精密部件，故而在安裝施工中，一定要嚴(yán)格依照安裝工藝規(guī)程操作，整體提升安裝操作的精準(zhǔn)性，加大機(jī)封內(nèi)精密性部件的保護(hù)力度，設(shè)備安裝實(shí)踐中嚴(yán)禁出現(xiàn)盲目操作的情況；最后，持續(xù)強(qiáng)化設(shè)備的日常維護(hù)管理工作，立足于實(shí)際情況建立一套完善、可行的設(shè)備維保體制，進(jìn)一步保障精密部件的維保效果。

3.2 防腐蝕

化工生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜且特殊，故而在離心泵常規(guī)生產(chǎn)作業(yè)中，一定要重視腐蝕問題，對(duì)其進(jìn)行加強(qiáng)管理。首先，在購(gòu)置材料環(huán)節(jié)中，一定要結(jié)合化工企業(yè)的真實(shí)運(yùn)行工況，選擇引進(jìn)符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的材料，并且要確保日常工作中認(rèn)真落實(shí)防腐蝕工作，詳細(xì)、準(zhǔn)確記錄防腐檢修工作執(zhí)行情況。其次，加強(qiáng)離心泵真實(shí)運(yùn)行環(huán)境的把關(guān)控制，規(guī)避其在運(yùn)轉(zhuǎn)階段發(fā)生電化學(xué)腐蝕問題，實(shí)現(xiàn)對(duì)既有械封效果的有效保護(hù)[5]。再者，做好機(jī)封冷卻水溫度的把控工作，規(guī)避機(jī)封摩擦面出現(xiàn)高溫的現(xiàn)象，如果探查到部分零部件出現(xiàn)了腐蝕問題，則要盡早對(duì)其進(jìn)行換新處理。最后，實(shí)踐中拆卸、解離機(jī)封構(gòu)件后，發(fā)現(xiàn)靜環(huán)、動(dòng)環(huán)的輔助密封件彈性喪失，局部已經(jīng)發(fā)生了腐爛，導(dǎo)致機(jī)封出現(xiàn)了明顯滲漏甚至是磨軸情況。這主要是因?yàn)楦邷?、污水?nèi)的弱酸、弱堿物質(zhì)對(duì)橡膠密封件形成不同程度的腐蝕作用，如果離心泵在腐蝕性介質(zhì)較多的工況下運(yùn)作時(shí)，要選擇能耐受高溫。弱酸、弱堿的氟橡膠作為橡膠件。

3.3 防控摩擦

離心泵在投入使用過程中，出現(xiàn)機(jī)械性摩擦問題難以完全規(guī)避，嚴(yán)重摩擦?xí)r可能造成機(jī)封失效。為有效防控摩擦因素，可以采用如下幾種方法：首先，科學(xué)選擇機(jī)封斷面材料，確保其有較高的強(qiáng)度及耐磨性，借此方式規(guī)避因發(fā)生機(jī)械裂縫情況而引起失效問題。其次，加大機(jī)封密封面的維護(hù)管理力度，若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其粗糙度較高或平整度偏差時(shí)，則要盡早對(duì)其進(jìn)行換新處理。最后，在安裝機(jī)械部件時(shí)，應(yīng)做好部件表層雜質(zhì)的清除工作，否則在設(shè)備運(yùn)行階段會(huì)形成較大的摩擦力，使機(jī)封性能降低[6]。離心泵運(yùn)行階段，引發(fā)摩擦情況的因素則有很多。因此，一定要認(rèn)真落實(shí)有關(guān)防范工作，加大操作人員技術(shù)能力的培訓(xùn)，督促他們按照操作規(guī)范操作設(shè)備，使機(jī)封的密封性能得到更大保障。

3.4 防范人為因素

首先，提升操作人員的安全生產(chǎn)責(zé)任意識(shí)，規(guī)范他們操作設(shè)備的行為方法，嚴(yán)格依照規(guī)范要求去執(zhí)行各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。其次，建立健全日常維護(hù)管理制度，推行崗位職責(zé)機(jī)制，認(rèn)真落實(shí)各項(xiàng)維管工作內(nèi)容。再者，做好機(jī)械維管及運(yùn)行操作技術(shù)培訓(xùn)工序，整體提升工作人員的業(yè)務(wù)能力。最后，建設(shè)考評(píng)機(jī)制并嚴(yán)格執(zhí)行，將考評(píng)成績(jī)和職稱、薪酬獎(jiǎng)金等掛鉤，這是提升工作人員積極性的有效方法之一。

3.5 消除泵振動(dòng)過大的問題

首先，加強(qiáng)轉(zhuǎn)子部分的控制，主要控制對(duì)象是轉(zhuǎn)子的徑向跳動(dòng)情況，最大值不能超過0.03～0.05 mm。

其次，做好和電機(jī)同心度的控制，要求電機(jī)單獨(dú)運(yùn)作時(shí)自身額度振動(dòng)幅度在0.03 mm以下；加強(qiáng)正常作業(yè)溫度下泵與電機(jī)的同心度的控制，軸向、徑向分別要控制在0.08 mm、0.10 mm以下[7]。

再者，加強(qiáng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)峰值的控制，峰值要低于0.06 mm。

最后，在化工現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)操作、檢修、調(diào)整校對(duì)等環(huán)節(jié)中，工作人員一定要認(rèn)真執(zhí)行操作規(guī)程，盡可能的消除掉振動(dòng)源。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合全文論述的內(nèi)容，不難發(fā)現(xiàn)，引起化工離心泵機(jī)封失效的原因較多。在日常生產(chǎn)及管理維護(hù)過程中，根據(jù)失效現(xiàn)象，綜合多方面因素分析失效問題的成因，探究完善維護(hù)離心泵機(jī)封的措施，使機(jī)封性能得到更大保障，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。