非設(shè)計制造因素引起的機(jī)械密封失效分析

潘向東，王 軍，于海濤，鄧 波

（1.中國石油吉林石化公司，吉林吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司乙烯廠，吉林吉林 132021；3.中國石油四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 611900）

0 引言

機(jī)械密封在石油化工裝置應(yīng)用較為廣泛，在個別石油化工裝置中占比達(dá)到80%，并且日常動設(shè)備的維修費(fèi)用有50%以上直接或間接與機(jī)械密封失效有關(guān)。因此提高機(jī)械密封的壽命可節(jié)省維修費(fèi)用。作為石油化工裝置的設(shè)備技術(shù)人員，在機(jī)械密封的設(shè)計制造已趨于標(biāo)準(zhǔn)化的情況下，分析機(jī)械密封非設(shè)計制造因素引起失效的案例，根據(jù)實際情況改進(jìn)外部條件，盡可能延長機(jī)械密封的生命周期。

1 非設(shè)計制造因素引起的機(jī)械密封失效

隨著安全環(huán)保要求的日趨嚴(yán)格，配合近年中石油VOCs（Volatile Organic Compounds，揮發(fā)性有機(jī)物）治理，對機(jī)械密封的泄漏要求也越來越高。雖然API682要求的是5.6 g/h，但在使用機(jī)械密封時，要求盡量是零泄漏和零逃出。在機(jī)械密封已經(jīng)接近標(biāo)準(zhǔn)配置的同時，石化裝置大量采用集裝式機(jī)械密封，這樣不需要再考慮機(jī)械密封設(shè)計、制造、安裝方面因素引起的失效，只需考慮機(jī)械密封使用、維護(hù)、操作等因素引起的失效。

1.1 機(jī)泵異常

機(jī)械密封是一種比較精密的設(shè)備部件。流體介質(zhì)是機(jī)械密封運(yùn)行的軟環(huán)境，機(jī)泵是機(jī)械密封所處的硬件環(huán)境，環(huán)境的好壞直接影響機(jī)械密封的運(yùn)行壽命。

1.1.1 軸向力的影響

某雙吸雙支撐水環(huán)真空泵P-9133A/B（圖1），A，B兩處為6308ZZCM/P5滾動軸承支撐點，泵轉(zhuǎn)子在軸向處于自由狀態(tài)。由于該泵為真空泵負(fù)荷較低，沒有軸向力，該泵沒有平衡、抵消軸向力的角接觸球軸承。使用較長一段時間后，機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏，更換集裝式機(jī)械密封后頻繁出現(xiàn)泄漏。拆檢集裝機(jī)械密封發(fā)現(xiàn)，非驅(qū)動端機(jī)械密封的靜環(huán)、動環(huán)磨損較為嚴(yán)重，驅(qū)動端機(jī)械密封磨損較輕。

對泵進(jìn)行解體發(fā)現(xiàn)泵葉輪定位套頂絲松動，導(dǎo)致定位套移位，葉輪在泵運(yùn)行過程中來回竄動產(chǎn)生軸向力，使機(jī)械密封軸承摩擦副受了較大的軸向力，導(dǎo)致機(jī)械密封失效。重新加工頂絲、定位軸套，固定葉輪后，機(jī)械密封未再出現(xiàn)頻繁失效問題。

圖1 雙吸雙支撐水環(huán)真空泵

1.1.2 泵帶液或抽空

在工程實踐中水環(huán)真空泵如果帶液，即泵內(nèi)充滿液體也會導(dǎo)致泵不打量、機(jī)械密封泄漏。如果發(fā)現(xiàn)及時并妥善處理，一般不會造成機(jī)械密封失效，將泵內(nèi)液體較低到適當(dāng)位置即可避免機(jī)封失效。

水環(huán)真空泵的封水一般采用0℃鹽水冷卻，鹽水暫時中斷會導(dǎo)致泵內(nèi)溫度過高。在高轉(zhuǎn)速、泵內(nèi)真空度較低的情況下，封水會出現(xiàn)氣泡，一方面對機(jī)械密封的外表面、泵葉輪及殼體內(nèi)表面等造成汽蝕，另一方面使機(jī)械密封摩擦副失去穩(wěn)定的密封液膜，造成石墨環(huán)汽蝕、合金環(huán)炸裂，最終導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

1.2 錯誤操作

石油化工裝置中機(jī)泵的啟停有嚴(yán)格的操作規(guī)程，錯誤操作是導(dǎo)致機(jī)械密封失效的一大原因。某石油化工裝置P-9118A/B/C泵采用API682機(jī)械密封標(biāo)準(zhǔn)的Plan23+52沖洗方案，啟泵時Plan52方案的封水換熱器沒有加入密封液或者加入密封液后未排氣，導(dǎo)致機(jī)械密封頻繁失效。又如在啟泵前，未按照規(guī)定暖泵或盤車，也會導(dǎo)致機(jī)械密封失效或縮短機(jī)械密封使用壽命。

針對不當(dāng)操作等因素引起的機(jī)械密封失效，應(yīng)加強(qiáng)對員工的培訓(xùn)，使其明白機(jī)械密封的工作原理，認(rèn)識到不按操作規(guī)程操作可能帶來的危害和經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 維護(hù)不當(dāng)

某石化裝置API682的Plan54機(jī)械密封沖洗方案采用裝置內(nèi)廢水再生裝置集中后統(tǒng)一供給，由于每臺機(jī)泵的密封腔壓力不同，因此每一位號機(jī)泵密封腔壓力需要經(jīng)過單獨核算后獨立設(shè)定（粗略計算密封腔壓力為泵出口壓力1/3，準(zhǔn)確計算公式可查找相關(guān)資料）。由于封水由廢水處理裝置產(chǎn)生，不是很潔凈，且時常有系統(tǒng)內(nèi)物料串入封水系統(tǒng)，需要定期清理封水過濾器和清理疏通各泵封水管線，保證機(jī)封沖洗水管線的暢通，才能延長機(jī)械密封的運(yùn)行壽命。

在工程設(shè)計或者機(jī)械密封選型過程中，參考的現(xiàn)場工藝系統(tǒng)參數(shù)等都是理想化的。比如API682沖洗Plan23，Plan23+52的封水冷卻器都采用水冷，實際生產(chǎn)過程中，由于封水冷卻器冷卻水采用集中供應(yīng)的循環(huán)水。循環(huán)水在工藝設(shè)計時候考慮得很詳細(xì)，在循環(huán)水內(nèi)加入了緩蝕阻垢劑，保證循環(huán)水不會對封水換熱器造成腐蝕，循環(huán)水不容易在封水換熱器內(nèi)結(jié)垢。但實際上由于循環(huán)水技術(shù)指標(biāo)控制的偏差、現(xiàn)場封水換熱器工作溫度和現(xiàn)場管線太細(xì)等因素，使得循環(huán)水很容易結(jié)垢。因此在更換機(jī)封或者封水溫度超出控制指標(biāo)時，必須對循環(huán)水換熱器管程殼程進(jìn)行徹底清洗，保證機(jī)械密封沖洗水的溫度、流量和壓力。

2 結(jié)語

工程應(yīng)用是最好的、最優(yōu)的實驗室。應(yīng)根據(jù)工程實踐情況，對機(jī)械密封失效因素進(jìn)行細(xì)致分析，避免機(jī)械密封因機(jī)泵異常、誤操作、維護(hù)不當(dāng)?shù)确窃O(shè)計制造因素而失效，盡可能延長機(jī)械密封的運(yùn)行壽命。