公用工程水汽裝置二化污P-03#泵機械密封失效分析

葉永青，李來軍

（蘭州石化維達公司，甘肅蘭州 730060）

公用工程水汽裝置二化污P-03#泵機械密封失效分析

葉永青，李來軍

（蘭州石化維達公司，甘肅蘭州 730060）

石化廠水汽裝置二化污P-03#泵是二化污的關鍵設備之一，P-03#泵原來采用單端面大彈簧非平衡機械密封，自P-03#泵投入運行轉以來，運行周期短，機械密封頻繁發生泄漏，機械密封失效頻率較高。

污水；機械密封；端面受力；失效；措施

1 機械密封原理

機械密封的使用性能主要取決于由兩密封端面構成的主密封，密封的端面是由一層極薄的流體來潤滑，以保證其正常工作，而這又取決于端面的摩擦狀態。因此，機械密封要保持良好的密封性能和長久的使用壽命，須分析研究端面間液膜壓力的分布，以便能夠選擇合理的機械密封形式。

在正常設計工況下使用機械密封，其動環受到介質與彈簧力合力的壓緊，壓緊力的大小對機械密封使用壽命有很大的影響。因此，對動環進行受力分析能夠為正確選型提供依據。

動環受力可以[1]表示為：

式中：F彈彈簧力，N；p彈為彈簧比壓，MPa；F介為介質作用在動環上的力，N；p介為密封介質壓力，MPa。D2為動環與靜環接觸的有效直徑；D1為靜環的直徑；D0為動環的直徑。

當軸徑為50～150mm時，計算得反壓系數（γ）為介質壓力的0.4～0.6倍，一般當軸徑在該范圍內時，選擇反壓系數為0.5。而該泵軸徑為65mm，故取端面間液面反壓系數為0.5，由此可得推開力（R）為：

端面比壓不易晴過大，也不易過小。若端面比壓不能小于端面間液膜的反壓力，即P比正值，否則密封會被打開，從而使密封失效；而且端面比壓不能小于因摩擦使端面間溫度升高時的物料或沖洗介質的飽和蒸氣壓，否則介質開始蒸發，因此，要在保證漏量最小的情況下，摩擦副接觸面之間的液膜須保持摩擦面之間的潤滑作用，以保證密封的有效性。

根據試驗結果和實踐經驗，端面比壓在一般情況下取0.20～0.39MPa為宜。對介質壓力高，潤滑性良好，摩擦副材質好的情況，可選較大的端面比壓值。而對于潤滑性差、易揮發的介質（如液態烴），則選用小的端面比壓值。

2 密封失效原因分析

2.1 動、靜環密封圈

由于P-03#泵介質為石化廠排出的含大量C4的烴類污水，其腐蝕性不是很大，操作溫度為86℃，原輔助密封為O形硅橡膠圈，適用于低溶脹性礦物油、弱酸或弱堿等的介質中，適用溫度為-30℃～260℃。雖然其有很好的耐高溫性，能夠滿足介質溫度的要求，但是其耐油性卻很差，若長時間浸泡在油性介質中，O形圈則發生漲大變形。同時，由于動環在補償過程中，O形圈與軸套發生摩損，產生一些固體顆粒殘留在軸套上，介質在橡膠圈與軸套（軸）摩擦部位產生結晶物。由于橡膠圈的漲大變形，使靜環、靜環密封圈和軸套之間緊緊粘接在一起，使彈簧加荷裝置沒有推力作用到靜環面上，動、靜環之間不能緊密結合在一起，從而導致密封失效，發生泄露。另一方面，由于動環或橡膠圈緊固在軸上，當軸轉動時，動環若不能及時貼合，密封面的滯后閉合，密封面被打開，使得密封失效，發生泄漏。

2.2 機械密封補償力提供方式

P-03#泵補償力由單彈簧提供。多彈簧機械密封與單彈簧機械密封相比，單彈簧彈簧比壓不均勻，且軸徑越大越突出。在軸高速轉動時，受到離心力的影響，引起彈簧變形和產生一定的偏移量，使得端面比壓不穩定，影響密封的性能。而多彈簧不會因為軸徑增大而影響彈簧比壓，在轉速增大時，其受離心力的影響較小，仍然能夠保持穩定的端面比壓。另外，單彈簧壓縮量變化時，其彈性力變化很小，當摩擦副歪斜時，其自調整能力差，即緩沖性差，而且單彈簧受離心力的影響比較大，加大了摩擦副發生歪斜的機率，也使得產生泄漏的機率增加。

2.3 機械密封形式

P-03#泵由于其介質為污水，對于端面比壓的要求比較嚴格，要穩定其端面比壓，一是控制其介質壓力，減小其介質壓力對端面比壓的影響；二是控制其彈簧比壓，即增加彈簧比壓的穩定性，以保證其具有穩定的端面比壓。而P-03#泵采用非平衡型，難以滿足這一條件。

3 改造措施

1）對于P-03#泵的泄漏，其原因之一是O形圈的材料選擇。因此在選用輔助密封時，首先應當選用耐高溫，耐油性較好的材料；其次，輔助機械密封的形式采用線型環，或者V型圈。丁晴橡膠適用于礦物油、汽油及揮發油等介質，其使用溫度為-30℃～120℃，具有良好的耐油性；聚四氟乙烯與強酸、強堿及各種溶劑均不起作用，具有優異的化學穩定性，使用溫度-180℃～250℃，是一種極好的自潤滑材料，兩者都可以作為P-03#泵的輔助密封材料。但是從使用V型圈的情況來看，其使用的周期不是很長就發生泄漏，這是因為V型圈對加工的精度要求較高，如果加工精度達不到要求，機械密封很容易失效，縮短使用壽命。另一方面，在軸套上基本上沒有產生結垢，這說明結垢產生的主要原因是由于O形圈的耐油性差所致。因此，P-03#泵的密封采用丁晴橡膠O形圈。

2）機械密封補償力由單彈簧改為多彈簧提供。

3）機械密封型式由非平衡型改為平衡型。

4 結束語

P-03#泵采用多彈簧平衡型機械密封后，減小了介質壓力的影響，給動環提供了穩定的端面比壓；材料選用丁晴橡膠O形圈提高了耐油性，實現了設備的長周期運行。

[1] 胡國楨.化工密封技術[M].北京：化學工業出版社，1990.

Failure Analysis of Mechanical Seal of P-03 # Pump in Public Works

Ye Yong-qing，Li Lai-jun

The P-03 # pump is one of the key equipment of the second chemical pollution.The P-03 # pump originally used singleend large spring non-balanced mechanical seal，since the P-03 # pump has been put into operation.，The operating cycle is short，mechanical seals frequently leak，mechanical seal failure frequency is higher.

sewage；mechanical seal；end face force；failure；measure

X703

：A

：1003–6490（2017）04–0110–01

2017–03–15

葉永青（1967—），男，甘肅蘭州人，助理工程師，主要研究方向為技術。