機械密封泄漏分析

趙省杰

摘? 要：機械密封于運轉過程中出現泄漏故障時，需要對其故障原因進行分析，以此來得出對下一步維修有益的參考，防止機械密封的頻繁泄漏，牽扯大量人力物力，本文主要以裝置內成品泵的機械密封（密封方案P21）頻繁泄漏的案例為引，分析該自沖洗方案密封泄漏的主要原因。

關鍵詞：機械密封;P21;泄漏;自沖洗

1? 密封失效現象描述

某裝置柴油成品泵，主要介質為成品柴油，介質清潔，密封廠家為丹東克隆;在2019年4月進行維修，維修后設備運轉正常，于2021年6月時出現前后端密封泄漏現象

2021年7月進行首次維修，經運轉不超過一周后，出現非驅動端密封泄漏現象，泄漏量約2秒1滴。于9月密封到貨后進行了第二次維修，經運轉約一周后，出現驅動端密封壓蓋根部處滲漏，后續出現非驅動端密封泄漏，泄漏量約2秒1滴。

2? 故障原因分析

本文對此密封泄漏案例分兩方面考慮，分為工藝操作和密封結構設計，首先是工藝操作，需要考慮密封的泄漏是否是因為工藝參數的變化導致的，其次考慮是否因為其密封的本質結構存在問題，導致密封的頻繁泄漏。

2.1某工藝操作情況

選取1年時間跨度內塔液位及成品去罐區背壓趨勢，去除外因影響分析可得，液位整體處于約60%左右浮動，背壓處于0.2MPa至0.25MPa之間，整體上看沒有大范圍波動變化，基本可以排除工藝操作對機泵運行狀態的影響。

2.2自沖洗線孔板尺寸確定

由于密封方案為P21自沖洗方案，首先確認其孔板尺寸是否符合流量要求，本文中自沖洗流量選取設計書中經驗值，并參考密封廠家設計經驗值確認。

節流孔板流量計算公式：dk=[（421.6*G）/（ρ*?P）^0.5]^0.5 [1]

Dk：節流孔板直徑，mm

G：流量，t/h

ρ：介質密度，kg/m3

?P：節流孔板前后壓差，MPa

其中由于密封軸徑在85～95范圍內，取沖洗量為8L/min[2]，由于本泵設計為前后兩個密封腔，而自沖洗流體從泵出口一點引出，經換熱后分別注入密封腔，故而取流量為16L/min，換算為t/h，G=0.799t/h，按裝置成品柴油樣化驗分析成績得ρ=832.2kg/m3，按照工藝參數計算得泵入口壓力為0.12MPa，根據泵實際運轉監控，取泵出口壓力歷史較低值為1.1MPa，取?P=0.98MPa，計算可得dk（孔板直徑）≈3.43mm，如果要求流量保持不變，壓差增大后對孔板直徑要求會縮小。

機泵維修時實測孔板直徑≈3.5mm，基本符合密封沖洗要求。

2.3某密封解體檢查

2.3.1密封泄漏原因

解體檢查可發現，非驅動端密封泄漏的主要原因為波紋管根部（密封沖洗孔F下方）位置處沖刷出深溝，造成密封泄漏，但未出現明顯損傷，未造成密封泄漏;針對兩端密封波紋管狀態不同，進行了如下分析：

本泵密封方案為P21，介質從泵出口引出，經換熱后進入密封腔，維修時檢查疏通密封自沖洗管線，不存在堵塞現象，可以排除兩端沖洗流量不同造成的影響。

2.3.2密封形式及自沖洗形式分析

密封自沖洗形式（進入密封腔）可分為徑向，軸向和切向[2]，根據裝配圖紙無法得出其自沖洗方向，根據實物判斷其自沖洗方式應為軸向沖洗，從密封沖洗形式上來看，軸向沖洗減少了對石墨環的沖蝕，在沖洗形式的選擇上不存在明顯問題。可顯示其為靜止式機械密封，補償機構安裝在壓蓋內，不旋轉，主要為防止腐蝕介質損壞補償機構，但由于其靜止，導致自沖洗流體固定沖刷一點，且波谷處容易導致雜質累積或結焦，從本泵介質成品柴油（低硫），轉速2970r/min，判斷其選擇靜止式密封弊大于利。

2.3.3波紋管檢查分析

根據單點沖洗孔開設的原則，其應該選擇不直沖軟環，亦不遠離摩擦端面的位置[2]，非驅動開孔設計明顯不符合基本設計原則，同時本次拆卸的驅動端密封為2019年前后公司代儲代銷庫存量，2021年7月領用，非驅動端為2020年9月新提密封，2021年7月領用，兩批次密封在自沖洗開孔上方式嚴重差異，體現了廠家缺少對單點沖洗開孔方位的統一設計要求及松懈的制造標準要求。

2021年7月維修后，拆下2019年更換密封顯示其波紋管無損傷，但波紋管有結焦物堆積，補償性減弱，參考裝置相應工藝指標一直處于平穩狀態，自沖洗流量沒有范圍性波動，可得出波紋管損傷與其改變單點自沖洗流道形式有一定關聯。

根據機械行業標準JB/T 8723-2008《焊接金屬波紋管機械密封》波片硬度范圍：經過熱處理的波片維氏硬度HV0.2為375～475;不經過熱處理的冷軋波片維氏硬度HV0.2為255～330。根據密封廠家丹東克隆提供，該密封波紋管材質為316L，按照其最大硬度217HB換算為維氏硬度約為225至230之間，根據密封廠家提供，鋼材在制作時應經過熱處理，所以不符合標準的375～475硬度要求，判斷其材料選擇存在問題，但是由于硬度測試針對鋼材，在制作成波紋管波片后其硬度無法得到驗證，對316材質的硬度試驗亦不存在成文的結論參考，故此條不做為主要結論，簡述分析經過。

在與其他密封廠家溝通后，整體可得出經驗結論，316材質波紋管可適用于清水介質及常溫低壓環境，在本泵的操作條件下一般不推薦使用（適用于部分廠家內部設計要求）。

3? 對密封的改造

1）設計圖紙中將靜止式密封改為旋轉式密封，波紋管隨軸旋轉，使得自沖洗流體不再長期直沖一點，并且由于波紋管的旋轉，可以使其波谷處不再聚積雜質，最右因為旋轉，導致波紋管受熱均勻，不易產生結焦;

2）改變了波紋管的安裝方向，使沖洗流道不再直沖波紋管;

3）將單點沖洗方式改為了切向沖洗，切向密封隨著轉向沖洗，沖洗效果好于軸向沖洗，對石墨環的傷害最小;

4）提高波紋管材質為Inconel 718。

4? 結論

綜上，對P-1604密封泄漏分析得到以下幾點：

1）由于采用靜止式機械密封，導致自沖洗流體固定沖刷一點，且波谷處結焦物堆積，補償性減弱;

2）非驅動開孔設計明顯不符合基本設計原則，導致流體直沖波紋管根部;

3）選用波紋管材質不符合JB/T 8723-2008《焊接金屬波紋管機械密封》波片硬度要求;

4）在本泵的操作條件下一般不推薦使用316作為波紋管材質。

故障定性為設備制造問題。因設備制造不標準導致設備損壞。

參考文獻：

[1]梁冬云. 泵內機械密封自沖洗孔尺寸及沖洗量的計算. 一重技術， 1673—3355（2006）06—0057—02.

[2]朱立新，王汝美. 實用機械密封技術問答. 中國石化出版社.