采油平臺中開式高壓多級泵機封頻繁泄漏的排除案例分析

鞠兆剛，劉志偉，湯燁華

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

1 概述

采油平臺中開式多級離心泵高壓端機封泄流，但設備性能參數滿足平臺使用要求，通過對設備的內部結構進行分析，因機封腔室壓力高，導致更換的新機封頻繁損壞，通過分析后進行解體，對高壓節流軸套及襯套的改進，以及對平衡管線的改造，徹底解決機封泄漏的現象。

2 故障現象描述

某平臺中開式多級離心泵（圖1）在運行1a后，高壓端的機械密封出現泄漏現象，通過解體發現機封出現磨損（圖2），對其進行更換，運轉幾天后又出現同等問題，每次更換后使用周期繼續縮短，最短在2h開始泄漏，導致設備不能正常使用。

圖1 中開式多級離心泵剖視

圖2 機械密封結構

3 故障分析

3.1 工作原理概述

中開式多級離心泵介質通過入口進入，逐級加壓，通過泵體蝸殼空腔進入另一端葉輪吸入口，繼續加壓，最終在泵體中部出口排出，高壓側及低壓側葉輪采用對稱布局，軸向力起到自平衡，殘余軸向力通過平衡管及軸承進行平衡；兩側機械密封作為封堵泵體內部介質的密封元件。

3.2 設備在未解體的情況下根據內部結構圖展開分析

中開泵內部結構分析圖見圖3。

圖3 中開泵內部結構分析圖

（1）為什么只有高壓端機械密封頻繁損壞而低壓端沒有問題？

（2）為什么運轉1a后機封頻繁損壞？

3.3 展開分析

介質通過吸入口逐級加壓至另一側高壓端，為了減少水利損失，在高壓側設置有節流軸套和節流襯套，節流軸套與襯套存在間隙，部分高壓水通過此間隙產生泄漏，泄漏的介質通過平衡管線回流至泵的吸入口，當設備長期運行，節流軸套及襯套間隙加大磨損，泄漏量逐步加大，如泄漏量超出平衡管的回流量勢必造成機封腔室的壓力逐步增高，機械密封的密封結構（圖2）為波紋管式結構，當高壓介質四周壓力指向波紋管的波紋處會造成波紋管的軸向延伸，導致機械密封動環及靜環壓緊力和摩擦力加大，由于壓緊力過大導致機封動靜摩擦過熱，使機械密封動靜環加速磨損，因此才會出現運轉1a后只有高壓端機械密封頻繁損壞的原因；

4 故障判斷

1）節流軸套與節流襯套間隙磨損過大；2）平衡管線回流不暢。

5 故障排除

1）對該泵進行解體，發現高壓節流軸套與襯套間隙磨損嚴重超標，更換2Cr13材料，表面做氮化處理，表面硬度達到55HRC（圖4），目的是提高硬度，減少磨損量，使設備使用周期延長。

圖4 節流軸套

2）平衡管原設計為1"增至1"～1/4"（圖5）目的是即使節流軸套磨損超標，也不至于回流不暢導致機封腔室壓力過高。

圖5 改造后平衡管

3）機械密封壓盤處增設壓力表（圖6），目的是可以直觀的觀察機封腔室壓力的變化，起到預知性維修。

圖6 新增壓力表

4）檢修后進行組裝。

6 試驗

組裝完畢并恢復所有附件，陸地進行性能測試，運轉1h機械密封腔室壓力正常，各運行參數正常；具備現場安裝條件，經海上安裝，與陸地性能測試一致，對此改進及改造進行跟蹤，現已經運行18月，未出現以往機封頻繁損壞現象。

7 結語

通過對泵的節流軸套及襯套的材質改進、平衡管線由1"增至1"～1/4"、對機封壓盤處增設壓力表，并通過長時間運行驗證，證明改進及改造成功，通過改進改造，保障采油平臺設備的安全可靠長時間運行。