戰(zhàn)衛(wèi)斌

（大慶宏偉慶化公司機(jī)電儀車間，黑龍江 大慶 163000）

1 設(shè)備情況（如表1）

表1 設(shè)備情況

2 失效分析

2.1 常規(guī)密封失效原因的介紹

普通結(jié)構(gòu)的機(jī)械密封失效的因素很多，概括起來有以下幾方面。

（1）腐蝕原因：在工作介質(zhì)的影響下，機(jī)械密封器件受到了侵蝕，在其外部會(huì)出現(xiàn)一定的腐蝕面，如果不及時(shí)處理，會(huì)越來越嚴(yán)重，直至出現(xiàn)腐蝕穿透現(xiàn)象，同時(shí)，工作介質(zhì)還會(huì)使異種金屬出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕，鑲環(huán)被腐蝕，固定實(shí)效。

（2）熱裂、老化原因：工作狀態(tài)中，密封面始終在進(jìn)行干摩擦，冷卻水如果在此時(shí)缺失，雜質(zhì)就會(huì)與密封面接觸，出現(xiàn)抽空等癥狀，容易使環(huán)的外部產(chǎn)生裂紋，影響摩擦環(huán)的使用壽命，密封面泄漏問題也會(huì)越來越嚴(yán)重。

（3）磨損原因：制造摩擦副的材料如果質(zhì)量差、硬度低，其摩擦系數(shù)必然會(huì)增加，端面等比壓也會(huì)隨之增加，雜質(zhì)與密封面接觸的概率增大，如果雜質(zhì)是固體的，彈簧空間會(huì)被雜質(zhì)塞住，此時(shí)，密封面承受的磨損非常大，密封效果不理想。

（4）泵震動(dòng)與軸向竄動(dòng)原因：因?yàn)闄C(jī)泵在工作過程中會(huì)產(chǎn)生氣蝕、窩氣等問題，加上工作時(shí)軸承會(huì)產(chǎn)生磨損等問題，這些問題都會(huì)造成強(qiáng)烈的泵震動(dòng)與軸向竄動(dòng)，使摩擦副瞬間損壞，從而引發(fā)機(jī)械密封失效的嚴(yán)重問題。

（5）組裝、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的原因：因?yàn)榻M裝不合理，機(jī)械密封注入、靜壓測(cè)試過程中出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。組裝不合理包括如下幾種類型：①動(dòng)、靜環(huán)貼合面有凹凸，組合過程中不小心產(chǎn)生的碰傷；②動(dòng)、靜環(huán)的密封圈大小不合適，組裝時(shí)沒有壓實(shí)；③動(dòng)、靜環(huán)的外表存在雜質(zhì)；④緊定螺釘沒有固定好，彈簧座位置不準(zhǔn)；⑤軸套密封圈缺失、沒有壓實(shí)。

（6）運(yùn)轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生的原因：①泵加速運(yùn)動(dòng)、抽空使摩擦副受到的壓力加大；②彈簧出現(xiàn)問題；③防轉(zhuǎn)銷、傳動(dòng)銷突然出現(xiàn)問題使密封功能喪失；④其他部件出現(xiàn)問題使動(dòng)、靜環(huán)溫度突然上升、下降引發(fā)的密封面受損；⑤因?yàn)槔錈狍E變，摩擦副附近介質(zhì)出現(xiàn)結(jié)晶等問題，使密封功能失效；⑥工作狀態(tài)下，泵葉輪軸向竄動(dòng)額度太高、轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定和工人使用不當(dāng)?shù)葐栴}都會(huì)引發(fā)密封功能的失效。

2.2 洗滌塔循環(huán)泵失效原因的分析

根據(jù)該泵密封使用情況和失效后的損壞情況, 能夠初步判斷出是選型不精準(zhǔn)、安裝不科學(xué)、使用不當(dāng)原因造成的失效。綜合失效部件的現(xiàn)象，該泵機(jī)械密封的失效原因大體有以下方面。

（1）動(dòng)、靜環(huán)材料選擇不合適。原機(jī)械密封使用的動(dòng)、靜環(huán)的材質(zhì)為碳化硅，失效形式為傳動(dòng)銷位置的碎裂。整體SiC-整體SiC的摩擦副質(zhì)地佳，耐腐蝕能力強(qiáng)，可柔韌度不足，尤其是遇到驟冷條件，其可能會(huì)發(fā)生“冷脆”“炸裂”，摩擦副損壞嚴(yán)重，極大地影響了機(jī)械密封的密封功能。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。該機(jī)泵軸徑較大，導(dǎo)致彈簧所處位置線速度非常大，產(chǎn)生較大的離心力，反映到端面上則受力均勻性受到影響。由于彈簧與介質(zhì)接觸，該介質(zhì)的特點(diǎn)就是顆粒度大，即使有離心力的作用，但是，介質(zhì)的對(duì)于彈簧的阻塞以及磨蝕作用比較大，導(dǎo)致端面彈簧力缺失，補(bǔ)償力不足。

（3）沖洗方案不合理。API PLAN 32雖然改善了密封運(yùn)行環(huán)境，但受困于沖洗量和介質(zhì)特性，未起到?jīng)Q定性效果。

（4）工藝原因?！皻馕g”“抽空”“窩氣”等問題會(huì)影響機(jī)泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果泵處于抽空狀態(tài)，泵體的振動(dòng)幅度會(huì)非常大，發(fā)出極大的噪聲，泵內(nèi)的壓力也會(huì)急劇提升，使機(jī)械密封面受到的壓力不均勻，密封環(huán)面頻繁地啟動(dòng)、激烈的振動(dòng)、干摩擦、碰撞使密封面遭到極大的破壞。這種模式下的密封性能得不到保證，密封失效泄漏的危機(jī)會(huì)大大提升。

3 改造方案

3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）靜止型結(jié)構(gòu)。按照API682，該機(jī)泵的軸徑規(guī)格偏大，故選擇靜止型結(jié)構(gòu)。

（2）彈簧外置結(jié)構(gòu)。補(bǔ)償元件不與介質(zhì)接觸，降低介質(zhì)阻塞彈簧的概率，彈簧更不易失效，補(bǔ)償作用更未定。

（3）大直徑O型圈。增強(qiáng)補(bǔ)償環(huán)浮動(dòng)性，延緩漿液顆粒堆積的負(fù)面影響。

（4）動(dòng)環(huán)雙O圈浮動(dòng)結(jié)構(gòu)。降低動(dòng)環(huán)的軸向和徑向載荷沖擊，使動(dòng)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)更穩(wěn)定。

（5）節(jié)流襯圈。在原密封沖洗方案的基礎(chǔ)上增加固定水封，配合API PLAN 62使用，減少漿料泄漏后對(duì)彈簧的阻塞，改善密封運(yùn)行環(huán)境。

3.2 材質(zhì)優(yōu)化選擇

（1）密封端面。采用新型鎳基硬質(zhì)合金。YWN12（Ni基硬質(zhì)合金，抗腐性能強(qiáng)），使用該材料完成鑲嵌，借助YWN12+YWN12摩擦副的方法，提升機(jī)械密封的抗腐能力與抗磨損能力。

（2）補(bǔ)償元件。采用哈氏C-276。哈氏C-276合金是一種含鎢的鎳-鉻-鉬合金，極低的硅碳含量，被認(rèn)為是萬能的抗腐蝕合金。能夠抵制濕氯、氧化型氯化物等腐蝕物的侵襲，哪怕是處于低溫狀態(tài)，或者是放入鹽酸里，奇都能夠有效抵抗腐蝕。因此，近30年來，在苛刻的腐蝕條件下，類似化工、制紙等諸多行業(yè)中發(fā)揮著積極的作用。

（3）輔助密封圈。采用日本進(jìn)口膠料，導(dǎo)熱系數(shù)高,定型能力好，耐腐蝕、抗油、耐高溫。

（4）金屬部件。接觸介質(zhì)的金屬結(jié)構(gòu)件，選擇的是2507材料不銹鋼。該材料隸屬于鐵素體—奧氏體(雙相)不銹鋼之范疇，其具備了鐵素體鋼與奧氏體鋼的所有優(yōu)點(diǎn),因?yàn)樵摬牧现酗柡t、鉬元素，所以，其耐腐蝕能力超強(qiáng)，能夠有效抵抗縫隙與均勻類型的腐蝕。

3.3 改善機(jī)械密封運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境

3.3.1 為什么機(jī)械密封要采用輔助系統(tǒng)

（1）機(jī)封的正常運(yùn)行對(duì)環(huán)境的要求極其嚴(yán)格。流體設(shè)備中（類似泵、離心機(jī)等），對(duì)運(yùn)行環(huán)境要求最嚴(yán)格的就是機(jī)械密封。①在強(qiáng)大的軸向力的推動(dòng)下，其要擔(dān)負(fù)巨大的沖擊力。②其如同一個(gè)散熱器，要及時(shí)把大量的熱量傳輸出去。③一方面，要擔(dān)負(fù)溫度波動(dòng)、壓力沖擊帶來的壓力；另一方面，還要具有極其強(qiáng)大的耐腐蝕功能，如此大的壓力下，要實(shí)現(xiàn)靜密封也是非常不容易的，而現(xiàn)在還需要在快速運(yùn)行的過程中，在極窄的密封面上完成動(dòng)密封簡直比登山還難。

（2）輔助裝置有利于優(yōu)化密封運(yùn)行環(huán)境。①無輔助裝置，優(yōu)化的范圍只可停留在密封構(gòu)架、材質(zhì)等淺層次上（付出的多，卻無法取得理想效果）。②在實(shí)踐里，不借助輔助裝備成功完成機(jī)械密封的概率非常低。類似高壓下必須借助串聯(lián)機(jī)械輔助完成密封工作等。③借助輔助裝置，對(duì)嚴(yán)苛的密封環(huán)境要求會(huì)適度降低，而密封效果得以提升，運(yùn)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)使用的材料質(zhì)量也不再苛刻，使運(yùn)營成本下滑。

（3）機(jī)械密封端面摩擦熱進(jìn)一步降低。端面摩擦熱超過了指定標(biāo)準(zhǔn)會(huì)產(chǎn)生很多問題：①液膜汽化會(huì)受到破壞，影響密封效果；②端面因溫度太高受損嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生泄漏現(xiàn)象；③降低抗腐能力；④使密封圈的使用壽命降低；⑤石墨會(huì)因?yàn)閺?qiáng)烈高溫而碳化，引發(fā)泄漏事件。因此，端面溫度太高對(duì)機(jī)械密封效果的影響非常大。

（4）使用輔助裝置的意義。①有效控制溫度，最大程度地保護(hù)端面不受損傷。②易汽化介質(zhì)狀態(tài)下，平衡密封腔壓力與飽和蒸氣的壓力，避免汽化現(xiàn)象的發(fā)生。③有利于維持低溫泵的內(nèi)部溫度。④在有雜質(zhì)與腐蝕介質(zhì)中的條件下，可以提升密封質(zhì)量。

（5）良好的密封條件下，借助輔助裝備，可以最大程度地提升密封性能，提升其使用周期。

（6）輔助裝備為機(jī)械密封下的重要裝備參考工況異同來精準(zhǔn)定位輔助裝備的類型。世界各國一般都采用美國石油學(xué)會(huì)制定的指標(biāo)（離心泵API610）。

3.3.2 改善措施

在API PLAN 32的基礎(chǔ)上，增加API PLAN 62方案，最大限度降低漿料泄漏后在彈性原件位置的堆積，降低彈簧卡滯、失彈等失效現(xiàn)象的出現(xiàn)概率。

4 改造效果

慶華公司洗滌塔循環(huán)泵P801泵自改造機(jī)械密封安裝后，運(yùn)行平穩(wěn)，壽命顯著提高。

5 改造結(jié)論

基于對(duì)失效原因的分析，通過優(yōu)化機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)、采用新型的材料已達(dá)到如下目的：

（1）把機(jī)械密封失敗率降到了最低，使其安全性能得以提升；（2）為了能夠在苛刻的環(huán)境中完成密封工作，進(jìn)一步優(yōu)化了密封環(huán)的質(zhì)地，使其強(qiáng)度得以提升，并且具有極大的安全性，能夠在機(jī)械密封的過程中，有效對(duì)抗因劇烈沖擊和頻繁震動(dòng)帶來的沖擊力；（3）增加了密封設(shè)備的使用周期。