陳 斌，侯玉杰，李金柱

（中國(guó)海洋石油渤海石油管理局渤南作業(yè)公司，天津 300450）

0 引言

石油化工行業(yè)生產(chǎn)需依靠各種機(jī)械設(shè)備，如壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、各種泵類(lèi)等，各種泵類(lèi)的應(yīng)用占據(jù)著很重要的地位。泵按照其工作原理可分為容積式、葉輪式和射流式。容積式泵是通過(guò)泵在電機(jī)帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，間歇性地改變泵體內(nèi)部空間體積，達(dá)到介質(zhì)輸送的目的，如柱塞泵、隔膜泵、齒輪泵等。葉輪式泵通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)葉輪高速回轉(zhuǎn)，把機(jī)械能傳遞給介質(zhì)，達(dá)到介質(zhì)輸送的目的，如離心泵、旋渦泵、混流泵等。

單級(jí)離心泵性?xún)r(jià)比高，已被廣泛應(yīng)用，其工作原理是：電機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)泵軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，固定在泵軸上的葉輪在高速回轉(zhuǎn)作用下，葉輪的邊緣會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的離心力，使內(nèi)部液體在離心力的作用下沿水道被甩向四周，再經(jīng)過(guò)流道實(shí)現(xiàn)液體的輸送。為了不使內(nèi)部高壓液體因?yàn)樾孤┒鴾p少壓力損失和污染環(huán)境，機(jī)械密封作為單級(jí)離心泵的核心部件，在行業(yè)中也起到至關(guān)重要的作用。但是機(jī)械密封由于其材料、輸送介質(zhì)內(nèi)的清潔度、配件磨損等因素經(jīng)常出現(xiàn)各種問(wèn)題，影響單級(jí)離心泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對(duì)單級(jí)離心泵軸套與密封圈不匹配的問(wèn)題，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提供一種有效解決方案。

1 離心泵類(lèi)型

離心泵是一種典型的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)械，有多種分類(lèi)，按葉輪的數(shù)目可以分為單級(jí)泵和多級(jí)泵。單級(jí)離心泵為泵殼包裹單個(gè)葉輪，多級(jí)離心泵為泵殼包裹多個(gè)葉輪，可以形象地理解為：多級(jí)離心泵是單級(jí)離心泵的串聯(lián)使用。按工作壓力分為低壓泵、中壓泵和高壓泵。離心泵有不同的類(lèi)型，根據(jù)實(shí)際工況在選型時(shí)，可以根據(jù)構(gòu)造的不同，選擇單級(jí)泵或多級(jí)泵，也可以根據(jù)所需壓力大小選擇高壓泵、中壓泵或低壓泵。離心泵是由泵殼、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)械密封及其他基礎(chǔ)系統(tǒng)組成，其中泵軸與葉輪構(gòu)成的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是其核心部件。

葉輪可以根據(jù)結(jié)構(gòu)分為開(kāi)式葉輪、半開(kāi)式葉輪和閉式葉輪。開(kāi)式葉輪的工作效率比較低，可以達(dá)到50%，通常用在含顆粒比較大的介質(zhì)輸送中，如泥漿泵、水泥砂漿泵等。半開(kāi)式葉輪的效率較高，可以達(dá)到70%左右，通常應(yīng)用在輸送介質(zhì)黏度較高或含有可粉碎顆粒介質(zhì)的流程中，如粉碎泵等。閉式葉輪的效率很高能夠達(dá)到和泵殼很密切的配合，工作效率通?？梢赃_(dá)到90%以上，是石油化工當(dāng)中應(yīng)用最多的一種，但是對(duì)于輸送介質(zhì)的要求也是比較高的，首先要保證介質(zhì)的黏度不能太高，其次對(duì)于介質(zhì)的清潔度也有一定要求。

泵殼的作用是密封液體并改變液體的流動(dòng)方向，將動(dòng)能改變?yōu)殪o壓能。轉(zhuǎn)子系統(tǒng)為所輸送介質(zhì)提供機(jī)械能。

機(jī)械密封是離心泵中常用的一種軸向密封裝置屬于端面密封，是一種高科技機(jī)工產(chǎn)品，在泵、液壓傳動(dòng)和相關(guān)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)裝置的軸向密封中較為常見(jiàn)。主要是依靠固定于軸套上的機(jī)械密封動(dòng)環(huán)，通過(guò)補(bǔ)償裝置使動(dòng)環(huán)與靜環(huán)在旋轉(zhuǎn)時(shí)緊密貼合實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械密封的摩擦副一般采用石墨、陶瓷或碳化硅等，本文所述機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)材料為碳化硅，靜環(huán)材料為石墨。離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中存在各種磨損，如運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中零部件受力不均勻?qū)е履p，在磨損較為嚴(yán)重的情況下，摩擦副表面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)縫隙或孔洞，引發(fā)機(jī)械密封嚴(yán)重泄漏現(xiàn)象。

機(jī)械密封的泄漏原因主要有：①動(dòng)環(huán)與靜環(huán)之間的密封面磨損；②靜環(huán)與靜環(huán)座之間密封不嚴(yán)；③靜環(huán)座與泵體之間密封不嚴(yán)；④動(dòng)環(huán)與軸套之間密封不嚴(yán)；⑤軸套與泵軸之間密封不嚴(yán)。

離心泵工作過(guò)程中，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏的原因主要有：①輸送介質(zhì)的量達(dá)不到冷卻潤(rùn)滑機(jī)械密封的要求；②輸送的介質(zhì)含有雜質(zhì)的數(shù)量比較多，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)接觸面被磨損漏液；③輸送介質(zhì)的溫度比較高，不能帶走摩擦過(guò)程中產(chǎn)生的熱量；④濾網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間臟堵導(dǎo)致供液不足。

要保證離心泵的正常運(yùn)行，需要做好以下5 點(diǎn)：①保持進(jìn)口濾網(wǎng)清潔；②避免離心泵吸入管線過(guò)長(zhǎng)，減少?gòu)濐^部分；③降低輸送介質(zhì)的溫度；④降低離心泵入口的吸入高度；⑤適當(dāng)增加離心泵吸入口的正壓頭。

在檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)離心泵軸套與機(jī)械密封動(dòng)環(huán)密封圈間隙不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)使用需求而引發(fā)的泄漏問(wèn)題，下面將以此次檢修作業(yè)進(jìn)行簡(jiǎn)單敘述，并提供解決方案。

2 案例分析

在原油工藝流程中，閉排泵是很重要的設(shè)備之一，如無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)就會(huì)造成閉排罐液位過(guò)高，導(dǎo)致生產(chǎn)流程關(guān)斷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致海洋環(huán)境的污染。閉排泵在原油工藝流程中地位顯而易見(jiàn)，在日常的工作中應(yīng)該加強(qiáng)日常檢修，在檢修作業(yè)中技術(shù)人員需要增強(qiáng)相關(guān)知識(shí)，保證其能夠正常地運(yùn)轉(zhuǎn)并發(fā)揮作用。

在對(duì)某海洋石油平臺(tái)的例行巡檢中，操作人員發(fā)現(xiàn)閉排泵機(jī)械密封突然失效，造成介質(zhì)沿泵軸向外噴射，需快速搶修，隨即倒泵停機(jī)。首先暫時(shí)關(guān)閉閉排泵，再配合操作人員將閉排泵切換到另外一臺(tái)，對(duì)其做好隔離，防止泄漏。為確保平臺(tái)閉排泵隨時(shí)處于正常備用狀態(tài)，不影響工作，立即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行了作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析，對(duì)可能存在的問(wèn)題和操作過(guò)程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，逐一做嚴(yán)密分析，并有針對(duì)性地制定了預(yù)防措施。在做好嚴(yán)密準(zhǔn)備后，有序使用預(yù)備好的工具，立即對(duì)閉排泵進(jìn)行拆檢尋找問(wèn)題原因。經(jīng)過(guò)拆檢發(fā)現(xiàn)，造成機(jī)械密封壓蓋與軸套之間的泄漏，是因?yàn)殚]排泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中混入雜質(zhì)，導(dǎo)致機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)已經(jīng)磨損破碎，無(wú)法也無(wú)需進(jìn)行修復(fù)，只能進(jìn)行更換。排查出問(wèn)題后，隨即對(duì)機(jī)械密封壓蓋、軸套、泵軸的油污進(jìn)行清洗、打磨等程序，再涂抹潤(rùn)滑油準(zhǔn)備安裝新的機(jī)械密封。

在安裝機(jī)械密封的過(guò)程中，出現(xiàn)了尺寸誤差，動(dòng)環(huán)與軸套之間的密封圈出現(xiàn)卡滯，不能有效回彈，動(dòng)靜環(huán)密封面不能有效貼合實(shí)現(xiàn)密封作用。經(jīng)過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)得新舊動(dòng)環(huán)的內(nèi)徑存在誤差，動(dòng)環(huán)安裝完畢后調(diào)整彈簧壓縮后無(wú)法正?；匚唬▓D1）。測(cè)量泵軸套外徑、舊機(jī)械密封內(nèi)徑和新機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸，測(cè)量結(jié)果如下：舊的機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸為49.96 mm（圖2）；新的機(jī)械密封內(nèi)徑尺寸49.77 mm（圖3）；新、舊機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)內(nèi)徑相差0.18 mm。由于尺寸誤差，致使密封O 形圈被擠壓過(guò)度從而與軸套緊密抱合，且間隙過(guò)小，致使壓縮后的彈簧無(wú)法正?；謴?fù)。軸套的測(cè)繪尺寸加工前為49.77 mm，首要任務(wù)是對(duì)其進(jìn)行打磨，增大密封圈與軸套的配合間隙，使其在軸套上能夠自由滑動(dòng)。

圖1 調(diào)整彈簧壓縮后無(wú)法正?；匚?/p>

圖2 舊機(jī)械密封動(dòng)環(huán)內(nèi)徑尺寸

圖3 新機(jī)械密封動(dòng)環(huán)內(nèi)徑尺寸

經(jīng)過(guò)測(cè)量、對(duì)比和綜合考慮，為了減少資源浪費(fèi)，選擇出了性?xún)r(jià)比相對(duì)較高的方案，即對(duì)軸套進(jìn)行加工，使軸套與機(jī)械密封的配合間隙調(diào)整到合理范圍實(shí)現(xiàn)有效配合，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密測(cè)繪，準(zhǔn)備用銼刀、砂紙等將軸套磨削去除0.18 mm，使其與新的機(jī)械密封能夠?qū)崿F(xiàn)有效配合，滿(mǎn)足使用要求。但是由于可用加工設(shè)備受限，并沒(méi)有車(chē)床可供使用，手動(dòng)銼削又無(wú)法保證軸套外徑的圓度及光滑度，無(wú)法對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行保證，若軸套表面粗糙，即使能夠滿(mǎn)足尺寸的要求也無(wú)法進(jìn)行有效密封。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有效選擇可用設(shè)備，決定使用套絲機(jī)對(duì)其進(jìn)行磨削加工。將軸套夾持在套絲機(jī)的卡盤(pán)上，套絲機(jī)帶動(dòng)軸套勻速旋轉(zhuǎn)，將銼刀按壓在軸套上進(jìn)行磨削，均勻施力保證軸套表面受力均勻（圖4）。在銼削的過(guò)程中，不斷使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，直至磨削到Φ49.58 mm 后，再使用細(xì)砂紙將銼紋和毛刺清理光滑（圖5）。

圖4 利用套絲機(jī)和銼刀配合進(jìn)行軸套余量的挫削

圖5 使用細(xì)砂紙對(duì)銼紋和毛刺進(jìn)行清理打磨

為了保證被加工后的軸套處于良好的光滑度及圓度，使用百分表對(duì)加工后的外表面進(jìn)行全范圍的多點(diǎn)測(cè)量，結(jié)果顯示，該軸套尺寸在合理范圍內(nèi)，能夠滿(mǎn)足密封O 形圈的使用要求。用銼刀清理套絲機(jī)夾持軸套的壓痕，保證其表面完全光滑。軸套加工完畢后，將新的機(jī)械密封比照調(diào)整，再將其安裝到加工過(guò)的軸套上。經(jīng)檢驗(yàn)，按壓彈簧后可自由彈起，達(dá)到了使用標(biāo)準(zhǔn)的要求。最后，按照相反的順序依次將泵進(jìn)行回裝，解除隔離后起泵運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)泄漏現(xiàn)象消失，泵各項(xiàng)參數(shù)正常。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例，簡(jiǎn)單討論了一種單級(jí)離心泵機(jī)封與軸套的修復(fù)方法，涉及多個(gè)機(jī)修鉗工的技能，要求現(xiàn)場(chǎng)操作者有扎實(shí)的理論知識(shí)、豐富的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)和較好的心理素質(zhì)，耐心、細(xì)心地查驗(yàn)問(wèn)題，力求精準(zhǔn)地解決問(wèn)題。最為重要的是，要有發(fā)散思維和極高的動(dòng)手能力，因?yàn)樯衔膶?shí)例的解決，幾乎是在無(wú)加工設(shè)備的情況下，利用套絲機(jī)對(duì)泵軸進(jìn)行加工，再通過(guò)加工軸套外徑尺寸，使機(jī)械密封動(dòng)環(huán)調(diào)整彈簧能夠正?；貜?，恢復(fù)泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。不僅鍛煉了發(fā)散思維、周密部署，還節(jié)約了大量的配件費(fèi)用和維修時(shí)間成本，實(shí)現(xiàn)降本增效。