天然氣凈化裝置機械密封失效及改進研究

張軍寧 韓福慶 李全龍

摘要：化工機械設備在化工企業生產中扮演著不可替代的作用，一旦出現密封穩定性不足的問題，往往會影響到企業的正常生產。為了進一步探討化工機械密封泄漏問題的處理策略，現結合具體的使用情況，對化工機械密封泄漏的不良影響進行分析。

關鍵詞：石油;天然氣;化工裝置;機械密封;失效;改進

1機械密封特點分析

以天然氣凈化廠中的離心泵為例，其設備結構中的大部分密封均采用機械密封方式。機械密封是指通過向沿著旋轉軸方向施加垂直于密封件端面的壓力，使得密封件與貼合面保持較好的貼合狀態，以防止內部介質泄漏至外部環境的一種密封方式。機械密封方式較多，包括：彈簧壓縮密封、端面壓縮密封等，應根據不同的軸徑、不同工作溫度、外界壓力等情況，選擇相應的機械密封方式。其中，彈簧機械密封包括串聯旋轉、單端面靜止、雙端面旋轉等類型，如壓縮機中的機械密封則主要是以干氣雙端面密封為主。

2化工機械密封泄漏的不良影響

2.1原材料的浪費

對于化工機械密封生產環節而言，良好的密封環境不但可以提升材料的綜合利用效率，同時也有助于保護內部生產環境，避免外物的進入導致原材料、生產產品污染，影響產品質量。所以，化工機械密封泄漏問題一旦出現，不但會導致原材料的浪費，同樣也會在一定程度上導致原材料、產品遭受污染，出現更深層次的風險與危害，所以需要特別關注這個方面的問題。

2.2生產安全遭受威脅

安全生產是現階段化工企業最為關鍵的生產要求，同時也是行業得以可持續發展的基本前提。從客觀上來看，一旦機械密封泄露問題發生，往往會導致設備的生產效果下降，同時根據泄漏的類型也會導致不同程度的安全風險與責任事故，所以務必要做好安全控制與管理，否則會出現嚴重的安全隱患。

2.3化工機械設備的使用壽命受到限制

設備的使用壽命直接關系到設備的投資回報率，同時也是企業提升經濟效益的重要途徑。通過化工機械密封泄漏故障維修與養護，能夠有效降低泄漏發生的頻率，從而提升設備的運轉效率與整體壽命，取得良好的投資回報成果。相對的，如果經常出現泄漏且沒有及時得到解決，會導致設備的故障率不斷提升，最終出現設備沒有達到預期工作年限就被報廢的情況，嚴重影響到設備的使用效果。

3機械密封的改進設計

3.1熱水泵的機械密封改造設計

供熱系統熱水泵中機械密封件在使用中經常出現泄漏問題，使用壽命大部分僅有1年左右，在后期維修及零件購買方面成本相對較高。由此，通過對熱水泵密封結構的分析和多種耐壓性能的測試，選擇了DTM80A-1密封件進行機械密封，包括了靜環和動環兩種結構，屬于平衡型機械密封。其中，靜環的材質屬于鈷基硬質合金YG6材質;動環則采用了浸銻石墨，并在動環的一端開設了流體動壓槽，可保證在動環與靜環的密封接觸處能形成穩定的液膜，保證整個熱水泵具有較好的機械密封性能。

在完成設計后，將該密封結構在熱水泵進行了實際應用測試，據評估：改造后的密封結構使用壽命延長至2年以上，零件結構也能通過國內廠家進行自主生產，成本價格下降為進口價格的三分之一，維修較為方便，性價比相對較高，達到了預期的密封效果。

3.2高溫油泵機械密封改造設計

高溫油泵由于作業過程中存在較高溫度及較大工作壓力，導致密封件的使用壽命大大降低，運行一段時間后出現機械密封泄漏及火災事故等問題，因此，有必要對該設備中的機械密封進行改造設計。通過查閱API682標準，選用了YTS-1的干式結構加焊接金屬波紋管方式進行機械密封，在使用時通過注入0.3MPa以下的低壓飽和蒸汽進行干式密封。YTS-1干式密封結構的動環和靜環材料選用鈷基硬質合金和碳化鎢，金屬波紋管則選用了GH4169材料。整個密封方式具有使用壽命長、結構性能穩定、耐磨等特點。

在完成高溫油泵機械密封改造后，對其進行了現場應用測試，根據實際運行情況看，整個密封結構的耐高溫和耐高壓性能得到明顯改善，使用壽命同比延長了2倍，可達到一年半以上，在測試的一年多時間，未出現機械密封泄漏的任何征兆，說明改造后的機械密封性能可靠性明顯增強，達到了預期效果。

3.3硫漿泵機械密封改造設計

硫漿泵原有的密封方式主要采用單端面多彈簧式機械密封，雖具有較低的結構密封成本，結構也相對簡單，但在使用過程中存在無法實時監控及配套的應急處理措施，密封件時常出現自身失效等問題，最終導致硫漿泵出現了密封泄漏問題，嚴重影響生產過程的安全性。為此，對硫漿泵機械密封進行了材料優選及安全等級提升的優化改進。通過查閱API682標準，選用了A型彈簧式結構進行機械密封，利用2CW-CS的布置方式進行串聯的密封端面不帶壓雙頭密封，并在其外側設計了緩沖液來作為機械密封的二次保護層，注入緩沖液的壓力控制在3-5Pa范圍內。同時，在機械密封監控方面，采用一級和二級串聯方式進行，當一級失效后，可啟動二級密封功能，以此提高結構的安全等級。另外，配備了儲液灌中的液位開關及壓力報警開關，能對密封處泄漏情況進行實時監測和運行維護。

通過對改造后的機械密封效果進行應用測試得知，改造后的密封結構運行良好，密封處的安全無泄漏使用壽命由原來的1年左右提高到了2年以上，通過兩級密封和泄漏報警后，整個設備的密封安全性和自動化程度得到顯著提高，達到了預期效果，驗證了改造后機械密封的可行性。

3.4化工機械密封養護

進一步加強機械設備的日常保養有助于降低化工機械密封泄漏的發生率。首先，需要做好機械設備的日常控制與開封保養，包括認真查看內部動靜環的磨損程度，分析研磨密封面的狀態，做好密封面的精度設置與調整等。值得注意的是，整個過程中需要做好彈性密封件的分析，避免出現更換后依然存在故障風險的問題;其次積極做好維護過程控制，避免出現干磨問題，提升密封件的整體使用性能;最后，如果出現密封故障，在解決故障的同時也要分析深層次的原因，避免故障問題頻繁重復出現。

結論

保證運轉設備具有較好的機械密封性能，對保證設備安全、高效運行，降低事故率起著至關重要的作用。針對每個關鍵部位的密封問題，進行有針對性的分析，找到導致其失效的原因和風險點，在設計及加工環節，嚴格把控密封件的生產精度及零件品質，設備運行環節，加大對機械密封處的定期巡檢及疑似泄漏點的排查等，均是提高機械密封性能及運行周期的關鍵。為此，分析了機械密封的特點、主要失效類型及失效原因，結合凈化廠常見設備，開展了熱水泵、高溫油泵、硫漿泵等設備的機械密封改造設計，經過實際應用，驗證了改造后的設備具有更高的機械密封性能，在延長密封處使用壽命、降低使用成本等方面成效明顯，達到了預期效果，具有重要的實際應用及指導價值。

參考文獻：

[1]郭明明，楊勇，張聰俐，等.熱油泵機械密封失效分析及結構改造[J].液壓氣動與密封，2020，40（10）：90-92.

[2]連善濤.淺析催化油漿泵機械密封失效的原因和對策[J].石油和化工設備，2020，23（8）：116-118.

[3]顧建軍.乙烯裂解急冷油過濾器機械密封失效原因分析[J].化工管理，2020，（20）：153-154.

[4]單樹振.高溫導熱油泵機械密封失效分析及改進措施[J].現代制造技術與裝備，2020，（6）：153+155.