高速泵机械密封泄漏原因分析及改造王崇锡

高速泵机械密封泄漏原因分析及改造王崇锡

王崇锡

（中国石油吉林石化分公司建修公司吉林132021）

摘要：设备的密封效果对整个生产过程有着巨大的影响，但是，由于高速泵机械的密封性能，使得其出现泄漏情况。因此，需要采用有效的措施与方法，对机械设备中造成密封泄漏问题的原因进行分析，并且有针对性运用措施加以综合改造，从而保证其效果。基于此，本文主要对高速泵机械密封泄漏原因及改造进行分析探讨。

关键词：高速泵；机械密封；泄漏原因；改造

1基本情况

这十台高速泵为立式高速泵，其型号为GSB，由北京航天十一所研制。泵体部分的轴封为串联的机械密封，上部大气端代号为60B，下部介质端为60A。两套机封之间的密封腔充满密封白油，在封液补给循环系统内（包括一个封液罐）进行循环，对机械密封进行润滑、冷却，冷却水对封液罐中的白油进行冷却，所有位号泵的性能参数如表1所示。

自投用来，这些高速泵机械密封使用寿命较短，特别是P506A/B、P223A/B机械密封多次发生各类故障，在正常开泵后运行不久就出现大气端机械密封发生泄漏且漏出的密封白油呈黑色，及介质端机械密封泄漏，丙烷漏到密封油罐中等故障。P506A/B、P223A/B还出现过多次动环碎裂导致另一套机械密封失去定位而松动，丙烷通过密封油泄漏孔大量泄漏到空气中，严重影响聚烯烃装置的安全。

2故障分析

2.1结构分析

从以下几个方面分析引起机械密封的过早失效的原因。

（1）最初设计时这些高速泵的系统（除P241A/B外）均未采用公用底座，使得润滑管路过长，密封油循环差，严重影响了机封润滑、冷却效果，密封油润滑系统进出口管路温差不明显。而从表1可知，P223、P506转速高达2万多转，因磨擦产生的热量如无法由密封油循环系统带走的话，就会对机械密封的使用寿命造成很大影响。在高温高速下石墨环磨损很快，密封油变黑。同时高速泵密封罐结构不合理，它采用上进下出的结构，一旦密封出现磨损，粉末混杂在封液中经循环管路进入密封罐后又直接随油进入密封腔，加剧了密封的损坏。当密封罐采用侧进侧出的结构时，则磨损的粉末进入密封罐后就会自动沉淀在罐底，不会对机封造成影响，从P241A/B得到证明，同样是高转速，但P241A/B采用了公用底座，密封的冷却效果较好，因而相对密封寿命较长。

（2）从密封结构分析，动环采用整体碳化钨结构如图1所示。这种结构源自经典的高速泵密封结构，传动可靠、加工方便，但是也有一定的缺陷。动环直接受夹紧力作用下会产生内应力、发生变形，当密封环接触面表面平面度因变形影响超过最大限度时会破坏液膜，密封端面就会发生渗漏。动环的内径与轴间隙很小。当密封油散热效果不好时，温升超过允许的范围。由于热膨胀系数的差异，轴受热膨胀后会对动环产生由内向外挤压，造成动环的变形。在超高转速下，由于离心力的作用，动环本身会有向外膨胀的趋势，当挤压力超过动环能承受的极限时，动环就会碎裂，造成密封大漏。另外，高速泵齿轮箱震动过大也会促使动环碎裂。

3改造方案

（1）增强密封的润滑和换热

通过增强密封的润滑和换热，改善密封工作环境，提高密封寿命P223A/B、P506A/B、P507A/B、P221A/B共四个工位的八台高速泵，原来安装时没有采用公用底座，封液罐位置距离密封冲洗腔较远，影响泵密封油的流动和换热性能，现通过增加德国博格曼生产的强制循环泵，使密封油能正常循环，将机械密封磨擦的热量带出，同时将封液罐更换为新型罐体，结构为侧进侧出的形式，容量由9L增加到18.9L，增加罐内盘管换热面积，降低密封油循环系统温度。

（2）修改动环结构

参考国外先进结构，把动环由整体碳化钨改为不锈钢动环座内装碳化钨结构结构，如图2所示。由动环座轴向定位，承受夹紧力及离心力，碳化钨通过O型圈密封，用防转销与动环座连接，与动环座有一定间隙，可以自由浮动，受热后不会胀裂。即使碳化钨开裂，如果是大气端，也仅使密封白油漏到外部，如果是介质端者则丙烷漏到密封油罐中，而不会出现由于动环碎裂而导致两套机械密封同时失效，造成丙烷通过密封油泄漏孔大量泄漏到空气中的严重安全事故。

（3）垫片调整法

在机械密封装配过程中，可在泵体机械密封的第二级密封的下部安装适当厚度的垫片，以降低第二级机械密封的密封比压力，进而降低第二级动环与轴套的接触力，以实现降低机械密封面的载荷的目的，通过此方法调节简单可行，改造方便，但存在一定的弊端。若机械密封安装过程中螺栓预紧力不均匀，可能导致机械密封静环与动环的垂直度不够，引起新的泄漏点。

（4）轴套自身调整法

通过核实实际尺寸后，发现直接减小轴套的尺寸最可靠，在全密度聚乙烯装置中高速泵有上下两个轴套，磨损的为下轴套，其原始轴套长度为22mm，经过多次实践和尺寸核实，轴套尺寸改为21.5mm，能够满足要求，从而从根本上降低了机械密封面的载荷，同时将装配O形圈的轴套倒角适当放大，在保证密封比压力允许的范围内，通过O形圈的弹性和机械密封弹簧的弹性，最终实现密封面的总承载能力等于密封面载荷。通过观察近期的使用情况，机械密封的使用寿命已得到明显提高。

（5）增大端面比压

60AF+51AF密封：

d0=40.8，d1=39.5，d2=44.5，

B=−−(44.52-40.82)/(44.52-39.52)=0.751，

Pt=，0.27λ=0.7，∆=P2.1，

P=+−×=0.27+(0.751-0.7)×2.10.39

式中：P为端面压强，MPa；Pt为弹簧压强，MPa；P介为介质压强，MPa；P液膜为液膜反压，MPa；B为面积比；P载为载荷压强，MPa；ΔP为压差，MPa；S为载荷面积，mm2；ΔH为压缩量，mm；n为弹簧数量；d0为分界圆直径，mm；d2为接触面外径，mm；d1为接触面内径，mm；λ为膜压系数。改进后密封在合理的范围内增大了端面比压，改善了静环的补偿能力，进而达到改善密封使用效果的目的。

4结语

经过改造机械密封使用寿命明显增加，可以连续使用一年以上，动环再也没有发生过碎裂现象。新型结构完全可以胜任高转速、高压力、易气化介质情况下使用。因此，在以后的运用中，要根据实际情况，选择合理的方法，从而更好的保证机械设备的良好运转。

参考文献：

[1]王清强，艾青.高速泵机械密封泄漏原因分析及改造[J].科技致富向导，2014，17：180+264.

[2]刘永科.石油化工生产常用机械密封形式及失效原因分析[J].科学之友，2013（8）：40-41.