浆液离心泵机械密封失效原因分析及改进措施

　　1 浆液离心泵机械密封

　　1.1 浆液离心泵

　　该装置共有脱单塔浆液离心泵16台，均为常规卧式离心泵，泵叶轮采用全开式结构，型号ID80×50-315，主体材质SUS316，过流体部分材质SUS316L，工作压力0.22 MPa，工作温度65 ℃，该种结构离心泵在化工领域使用广泛，工况适用性强，对于含有颗粒的聚合物浆液介质有较好的输送性能。

　　1.2 机械密封应用情况

　　现泵轴密封采用常规双端面机械密封，型号45KU-CU，主体材质316 L，密封端面材质为碳化硅—碳石墨，由四川日机密封股份有限公司制造，工作压力0.15 MPa，密封水冲洗方案选自API610中冲洗方案PLAN52不加压冷却方式。

　　该种机械密封结构为2次改进后的密封形式，泵轴密封曾使用过单弹簧单端面机械密封、多弹簧单端面机械密封，但两者密封性能非常有限，故障率高，且对于含有丙烯腈单体的毒害工况适用性较差，后经与相关厂家多次研讨，改进为双端面机械密封。

　　1.3 密封存在的问题

　　(1)常规生产工况

　　聚合物浆液为含有颗粒的悬浊液，其粘度、颗粒度及分布性随不同产品规格发生变化，常因泵轴机械密封各部件无法有效密封而导致聚合物浆液进入轴套、弹簧及动环座，引起动、静环端面受力不均，产生不同程度磨损，而出现泄漏，窜入端面间的聚合物浆液，其中颗粒物料加速了动、静环端面磨损。

　　(2)碱煮工况

　　脱单塔塔体、真空线、塔盘及分配器上经常出现聚合物浆液结疤，根据生产计划，常需要定期对脱单塔使用42%浓度的氢氧化钠进行碱煮除疤，碱煮工况温度达115 ℃以上，碱煮时间为48 h，泵轴机械密封动、静环端面材质为碳化硅—碳石墨，这种密封端面材质在高温碱煮作用下，会出现不同程度过烧，在密封端面上呈现太阳辐射状条纹分布，且端面密封材料和动静环因材质不同，受热而产生不均匀变形，影响机械密封的密封性，造成泵轴机械密封出现内漏或外漏，对生产产生影响，同时也对环境产生危害。

　　2 密封失效形式及原因

　　离心泵机械密封结构复杂，是离心泵安装、维护及管理的薄弱环节，密封失效也是造成机泵维修的主要原因，约占机泵检维修量55%，需要得到相关管理者的高度重视[2]。

　　2.1 密封失效形式

　　浆液离心泵机械密封常见失效形式包括腐蚀失效、摩擦失效、密封附件失效、压力波动失效及人为违规操作失效等，其中摩擦失效、密封附件失效及工艺操作失效是浆液离心泵机械密封失效主要形式。

　　2.2 失效原因

　　(1)腐蚀失效

　　腐蚀失效包括表面腐蚀、点蚀、应力腐蚀、间隙腐蚀及电化学腐蚀，其中表面腐蚀、点蚀及间隙腐蚀曾因弹簧和定位销材质使用不当出现过;应力腐蚀多因安装不当产生，而引起弹簧等金属部件在应力腐蚀作用下发生断裂;电化学腐蚀相比较其它类型腐蚀更常见，对机械密封的破坏性更大，主要由工况所致。

　　(2)摩擦失效

　　机械密封的摩擦副表面之间存在聚合物浆液颗粒，或机械密封摩擦副材质耐磨性差、摩擦系数大、动静环端面弹簧比压过大，都会引起密封端面磨损，引发摩擦失效。

　　密封端面摩擦副磨损会造成机械密封局部或整体温度过高，使得机械密封各部件因受热而产生一系列问题，如摩擦副热变形或热脆裂，弹簧高温失去弹性，各部件密封圈高温老化、变形、失弹、开裂及断折等问题，对机械密封密封性产生一定影响，甚至导致密封失效。

　　(3)密封附件失效

　　密封附件主要有轴套密封圈、动环密封圈及静环密封圈，各部位密封圈常采用橡胶O型圈或包氟O型圈，但实际使用中，尤其碱煮工况发现橡胶O型圈易老化，包氟O型圈易变形且无法及时适量回弹，而导致聚合物浆液通过密封失效处进入轴套、弹簧及动环座，加速了动静环端面摩擦失效。

　　(4)压力波动失效

　　压力波动失效主要指压力波动造成的失效，当机封腔内机械密封承受的压力超过规定比压时，会加大动静环端面比压，不利于形成有效的液膜，加快了端面磨损，同时过比压会引起端面温度过高，会使机械密封动环、静环、弹簧及端面产生变形。当机封腔内机械密封承受的压力低于规定比压时，会减少动静环端面比压，引起动环、静环及弹簧波动，无法实现动环和静环端面有效接触，此时密封端面处于干摩擦状态，失去了对密封端面的冷却、冲洗及润滑，继而密封端面产生高温变形、磨损，甚至出现密封失效。

　　(5)人为违规操作失效

　　人为违规操作失效多由于操作人员违规作业，简化或不执行规定操作规程所致，如未按规定投用机封冷却水或冷却水量不足，使机械密封产生高温变形、磨损、裂缝或过烧剥离、脱落等，对机械密封造成不可逆损害，甚至密封失效。

　　3 外部因素对浆液离心泵机械密封的影响

　　3.1 机械冷却水温度过高

　　机封冷却水来水温度过高，经流控制阀门狭小间隙时，较易气化，出现气泡，加之来水中所夹杂的气泡，共同作用于机械密封动静环端面上，对端面产生冲蚀，使端面摩擦副产生破损;且因端面润滑液膜中含有较多气泡，不能形成稳定液膜，造成机械密封端面干摩擦，导致密封摩擦失效。

　　3.2 机泵发生汽蚀

　　浆液离心泵切换操作时，未按规定进行灌泵或泵转速过高，在其入口叶轮处发生汽蚀，浆液中的气泡作用于叶轮上溃灭，对叶轮和泵轴产生轴向作用力，出现摩擦失效与压力波动失效叠加作用，增加动静环端面比压，加快了端面磨损，甚至导致密封失效[3]。

　　3.3 机泵对中不足

　　浆液离心泵对中不足主要表现为机泵振动较大，多由于轴承磨损、轴承跑套、联轴器变形或联轴器偏口、泵轴变形等原因造成。机泵振动状态检测通常需要检测水平、垂直及轴向3个方向，其中轴向振动对机泵机封影响较大，当振动过大，会造成机械动静环端面瞬间分离，使端面间液膜破碎，产生泄漏，如若此时动静环端面附近有颗粒物料存在，颗粒物料会进入动静环端面摩擦副间，引起端面磨损，导致密封失效。

　　3.4 泵轴设计不合理

　　浆液离心泵如若使用挠度较大的泵轴，在其与电机驱动高速运转时，会造成机封动静环端面不能完全接触贴合密封，而出现线接触或点接触密封，造成密封端面受力不均，出现不同程度磨损，导致密封失效。

　　3.5 存在残余应力

　　浆液离心泵运转时，其会受到水平、垂直及轴向3个方向作用力，如果3个方向应力不能有效合理平衡，会造成相应方向残余应力，其中轴向应力对机封影响较大，会加速动静环端面磨损，甚至导致密封失效。

　　4 改进措施

　　结合浆液离心泵机械密封失效形式、产生原因及外部影响因素，分析机械密封两次改进后的密封形式，决定采用一体集装式机械密封，由四川日机密封股份有限公司制造，并对离心泵机械密封失效改进提出要求。

　　4.1 正确选择密封形式及安装

　　浆液离心泵机械密封形式选择，要结合实际压力、温度、介质及环境因素等工况，不能盲目选择，这是保证机械密封可靠运行的首步，也是关键一步。如浆液离心泵机械密封的两次改进，多因为只注重考虑某一指标，而不能达到预期目标，单弹簧单端面机械密封改多弹簧单端面机械密封主要考虑平衡端面受力，而未考虑浆液粘度及颗粒度;多弹簧单端面机械密封改双端面机械密封主要考虑环保和环境因素，而未考虑碱煮工况高温及高腐蚀性;该次选用一体集装式机械密封是在2次改进的基础上，充分考虑不同使用工况及不同物料特性而选定的。

　　浆液离心泵机械密封安装时，要按照操作规程逐步执行，使用百分表及游标卡尺，保证找正精度及安装精度，并做好各部件防护，尤其是密封端面保护，杜绝野蛮操作。

　　4.2 防控腐蚀引起的失效

　　防控浆液离心泵机械密封腐蚀失效，首先要确保材料材质准确可靠，备品备件采购渠道正规合理，厂家资质符合要求，有相应的检验合格文件，有相应的试件实验合格文件，有符合要求的验收程序及记录;其次日常运行维护中，要避免腐蚀性介质对机械密封的直接接触，机封冷却冲洗水来水温度及纯度符合要求，从源头上防控腐蚀失效。

　　4.3 防控摩擦引起的失效

　　防控浆液离心泵机械密封摩擦失效，首先要选用强度及耐磨性更高的密封端面材质，要求集装式机械密封将密封端面材质由碳化硅—碳石墨改为碳化硅—硬质合金，不仅增加了密封端面强度，也提高了其耐磨性;其次要求密封端面粗糙度及平整度一定符合要求，不合规机械安装;再者需要避免浆液物料中颗粒物料进入机封内，通过上述控制措施，可有效地防控摩擦失效。

　　4.4 防控密封附件引起的失效

　　防控浆液离心泵机械密封附件失效，首先要选用性能稳定，抗压性、抗弯性及密封性好的轴套、动环及静环密封圈，将密封圈材质由橡胶或包氟改为全氟醚，该种材质性能稳定，且其抗弯性及密封性较好;其次加强维护，如发现轴套、动环及静环密封异常，则及时更换，通过上述控制措施，可有效地防控密封附件失效。

　　4.5 防控压力波动引起的失效

　　防控浆液离心泵机械密封压力波动失效，需确保操作及维护平稳可靠，避免快开、快关及波动操作，加强现场和控制室协同作业，可有效地防控压力波动失效失效[10～15]。

　　4.6 防控人为违规操作引起的失效

　　防控浆液离心泵机械密封人为违规操作是所有防控措施中关键、本质的措施，首先加强相关操作及维护培训，确保人人参与，人人执行，人人监督;其次要将操作规程落到实处，确保每个步骤有据可依、有据可查，符合实际工况，禁用教科书式模式;再者制定相应考核细则，奖罚分明，细化管理要求，通过上述控制措施，可有效地防控人为违规操作失效[16～20]。

　　4.7 防控外部因素引起的失效

　　(1)机封冷却水温度过高，通过加强水温监测及运行维护，可有效地防控冷却水温度的影响。

　　(2)机泵发生汽蚀，结合参照防控人为违规操作引起的失效执行。

　　(3)机泵对中不足，加强检维修及状态监测管理，可有效地防控机泵对中不足的影响。

　　(4)泵轴设计不合理，通过加强设计、采购、制造、检验、安装、调试及运行各环节管理，实现备件全过程管理，可有效地防控泵轴设计不合理的影响。

　　(5)存在应力，加强安装、检维修及日常维修，发现异常及时检查及检测，可有效地防控存在应力的影响。

　　本文源自http://www.yalvjipump.com/news/340.html，转载请注明出处。

(责任编辑：压滤机专用入料泵http://www.yalvjipump.com)