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石油库泵用机械密封故障探讨

发布时间:2019-04-16
胡昌平
  【摘 要】今年来,在石油库设施设备中,机泵是整个油库运行的关键设备,承担着油品输入、输出的使命。同时对机修来说,机泵的维修故障率也是最高。其中机械密封的维修又是其中最主要的维修项目,通常一个在正常使用寿命之类的机泵,损坏的都是机械密封件。本文主要探讨了石油库泵用机械密封故障。
  【关键词】石油库泵;机械密封;故障
  一、前言
  机械密封作为轴与泵壳的密封的关键点,它维护的好坏直接关系到设备整个使用周期。在日常的检维修作业中,我们常常存在误区,不能彻底的认识和了解密封的实质,常常以拆解更换为主。本篇就日常维护保养检修中机械密封的相关问题进行阐述,希望能对我们的设备维护有裨益。
  二、机械密封的认识
  机械密封是一种旋转机械的轴封装置主要用于李新本、离心机、反应釜、压缩机等需要轴封的设备。它主要由动环和静环组成,辅助密封件主要有“O”形圈、”X”形圈、矩形柔性石墨等,弹力补偿机构主要由弹簧、推环、弹簧座及键、螺钉构成。机封按结构可分为单端面、双端面、平衡型、非平衡型、任意旋向、固定旋向等类型。
  机封的主要原理是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。机封需要有足够的强度、刚度,有良好的耐热冲击能力,较小的摩擦系数,并要有良好的自润滑性。有时为了对机封进行良好的润滑,设计了专门的轴封箱。
  三、机封主要故障及泄漏情况
  (一)机械密封泄漏点主要有:
  1.轴套与轴间的密封;
  2.动环与轴套间的密封;
  3.动、静环间密封;
  4.对静环与静环座间的密封;
  5.密封端盖与泵体间的密封。
  一般来说,轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决,但需细致观察,特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时,相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断,须在长期管理、维修实践的基础上,对泄漏症状进行观察、分析、研判,才能得出正确结论。
  (二)泄漏原因
  1.密封面打开
  在修理机械密封时,85%的密封失效不是因磨损造成,而是在磨损前就已泄漏了。
  当密封面一打开,介质中的固体微粒在液体压力的作用下进入密封面,密封面闭合后,这些固体微粒就嵌入软环(通常是右墨环)的面上,这实际成了一个“砂轮”会损坏硬环表面。
  由于动环或橡胶圈紧固在轴(轴套)上,当轴串动时,动环不能及时贴合,而使密封面打开,并且密封面的滞后闭合,就使固体微粒进入密封面中。
  同时轴(轴套)和滑动部件之间也存在有固体微粒,影响橡胶圈或动环的滑动(相对动密封点,常见故障)。另外,介质也会在橡胶圈与轴(轴套)磨擦部位产生结晶物,在弹簧处也会存有固体物质,都会使密封面打开。
  2.过热
  因密封面上会产生热,故橡胶圈使用温度应低于设计规范。氟橡胶和聚四氟乙烯的使用温度为216℃,丁晴橡胶的使用温度为162℃,虽然它们都能承受较高的温度,但因密封面产生的热较高,所以橡胶圈有继续硫化的危险,最终失去弹性而泄漏。(冷区考虑冷脆)
  密封面之间还会因热引起介质的结晶,如结碳,造成滑动部件被粘住和密封面被凝结。而且有些聚合物因过热而焦化,有些流体因过热而失去润滑等甚至闪火。
  过热除能改变介质的状况外,还会加剧它的腐蚀速率。引起金属零件的变形,合金面的开裂,以及某些镀层裂缝,设计应选用平衡型机械密封,以降低比压防止过热。
  3.超差
  正确的装配公差,对于安装机械密封是很必要的,轴(轴套)必须有合适的表面粗糙度和正确的尺寸,但制造者很少提供公差数据,这些数据对安装来讲都是很关键的。(依靠经验和常识)
  机械密封的尺寸精度及形位公差必须符合图纸要求,超差将会导致密封提前失效。
  (三)泄漏原因分析
  1.安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后,一般要进行静试,观察泄漏量。如泄漏量较小,多为动环或静环密封圈存在问题;泄漏量较大时,则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上,再手动盘车观察,若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题;如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题;如泄漏介质沿轴向喷射,则动环密封圈存在问题居多,泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出,则多为静环密封圈失效。此外,泄漏通道也可同时存在,但一般有主次区别,只要观察细致,熟悉结构,一定能正确判断。
  2.试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后,运转时高速旋转产生的离心力,会抑制介质的泄漏。因此,试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后,基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有:
  (1)操作中,因抽空、气蚀、憋压等异常现象,引起较大的轴向力,使动、静环接触面分离;
  (2)对安装机械密封时压缩量过大,导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;
  (3)动环密封圈过紧,弹簧无法调整动环的轴向浮动量;
  (4)静环密封圈过松,当动环轴向浮动时,静环脱离静环座;
  (5)工作介质中有颗粒状物质,运转中进人摩擦副,探伤动、静环密封端面;
  (6)设计选型有误,密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现,有时可以通过适当调整静环座等予以消除,但多数需要重新拆装,更换密封。
  3.正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命,而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。
  (1)抽空、气蚀或较长时间憋压,导致密封破坏;
  (2)对泵实际输出量偏小,大量介质泵内循环,热量积聚,引起介质气化,导致密封失效;
  (3)回流量偏大,导致吸人管侧容器(塔、釜、罐、池)底部沉渣泛起,损坏密封;
  (4)对较长时间停运,重新起动时没有手动盘车,摩擦副因粘连而扯坏密封面;
  (5)介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多;
  (6)环境温度急剧变化;
  (7)工况频繁变化或调整;
  (8)突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏,如不能及时发现,往往会酿成较大事故或损失,须予以重视并采取有效措施。
  四、泵用机械密封检修中的几个误区
  1.弹簧压缩量越大密封效果越好。其实不然,弹簧压缩量过大,可导致摩擦副急剧磨损,瞬间烧损;过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力,导致密封失效。
  2.动环密封图越紧越好。其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损,过早泄漏;二是增大了动环轴向调整、移动的阻力,在工况变化频繁时无法适时进行调整;三是弹簧过度疲劳易损坏;四是使动环密封圈变形,影响密封效果。
  3.静环密封圈越紧越好。静环密封圈基本处于静止状态,相对较紧密封效果会好些,但过紧也是有害的。一是引起静环密封因过度变形,影响密封效果;二是静环材质以石墨居多,一般较脆,过度受力极易引起碎裂;三是安装、拆卸困难,极易损坏静环。
  4.叶轮锁母越紧越好。机械密封泄漏中,轴套与轴之间的泄漏(轴间泄漏)是比较常见的。一般认为,轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧,其实导致轴间泄漏的因素较多,如轴间垫失效,偏移,轴间内有杂质,轴与轴套配合处有较大的形位误差,接触面破坏,轴上各部件间有间隙,轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效,相反适度锁紧锁母,使轴间垫始终保持一定的压缩弹性,在运转中锁母会自动适时锁紧,使轴间始终处于良好的密封状态。
  5.新的比旧的好。相对而言,使用新机械密封的效果好于旧的,但新机械密封的质量或材质选择不当时,配合尺寸误差较大会影响密封效果;在聚合性和渗透性介质中,静环如无过度磨损,还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态,使聚合物和杂质沉积为一体,起到了较好的密封作用。
  6.拆修总比不拆好。一旦出现机械密封泄漏便急于拆修,其实,有时密封并没有损坏,只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免浪费又可以验证自己的故障判断能力,积累维修经验提高检修质量。
来源:《商品与质量:房地产研究》,2014 (3)


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