泵用机械密封长周期运行的关键点

  国内外的统计表明，机械密封故障占离心泵故障的50%～70%。机械密封故障中老化性故障仅站总数的10%～30%，绝大部分属事故性故障。事故性故障是指一个或几个密封零件没达到预计的使用寿命便丧失了功能，泄露量超过了允许值。需经维修处理，密封性能得到恢复。显然，离心泵的维修工作重点是抓好机械密封的维修，提高密封的可靠性，便可大大减少离心泵的故障率，延长设备使用寿命，提高设备的利用率，维修费用和生产成本均可下降，有利于生产的长期运行，经济效益和社会效益都是显著的。如何减少故障的发生是个重要的课题。而故障分析是技术改进和减少故障的一种行之有效的科学手段。所以说，泵用机械密封零故障的研究是有重大意义的。

泵用机械密封长周期运行的关键点

赵月刚    郭 琦

（兖矿鲁南化肥厂，山东滕州 277527,山东大学威海分校07机电工程学院，威海，2209）

Pump mechanical seal long term operation of the key points

(Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant, Shandong Tengzhou 277527, Shandong University at Weihai 07 Electrical and Mechanical Engineering, Weihai, 2209) 

[Abstract] through the application of mechanical seal pumps, mechanical seals made of long-period is the key to the proper selection, installation, elimination of vibration, optimize operation and maintenance, thereby enhancing the stability of mechanical seals, long-term 

[Key words] mechanical seals, long cycle, selection, installation, vibration, operation, maintenance

[摘要] 通过泵类机械密封的应用，提出了机械密封长周期的关键在于正确选型，安装、消除振动、优化操作和维护，从而提高机械密封稳定性、长期性。

[关键词] 机械密封，长周期 ，选型，安装，振动，操作，维护

前言 离心泵的检修重点是抓好机械密封的维修，提高设备的利用率，有利于生产的长期运行。现结合我厂在离心泵机械密封使用，来探讨影响机械密封长周期的因素。

1  正确选用机械密封是决定机械密封长周期的关键

1.1 机械密封件的选型

选型的主要参数有：密封腔体压力(MPa)、流体温度(℃)、工作速度(m/s)、流体的特性以及安装密封的有效空间等。

选型的基本原则

1) 根据密封腔体压力，确定密封结构采用平衡型或非平衡型，单端面或双端面等。

2) 根据工作速度，确定采用静止式或旋转式，流体动压式或非接触式。

3) 根据温度及流体性质，确定摩擦副和辅助密封材料，以及正确选择润滑、冲洗、保温、冷却等机械密封循环保护系统等。

4)根据安装密封的有效空间，确定采用多弹簧或单弹簧或波形弹簧，内装式或外装式,内流式或外流式。

1.2机械密封摩擦副的要求

1) 在防腐蚀方面要有良好的化学稳定性、物理机械性能、优良的耐摩性、自润滑性以及良好的不渗透性等；

2) 在热力性能方面要有良好的导热性、耐热、耐寒性和耐温度的急变性；

3)摩擦副一般都选择一软一硬的配对。

1.3 机械密封动静环密封圈要求

1）辅助密封圈具有良好的弹性、低的摩擦系数，能耐介质的腐蚀、溶解和溶胀，耐老化

2）辅助密封材料主要使用各种橡胶、聚四氟乙烯、柔性石墨和金属垫片等。

1.4 应用示例

1.4.1 波纹管机械密封在聚乙二醇二甲醚溶液气体净化工艺系统上的应用

兖矿鲁南化肥厂气体净化工艺采用NHD溶液脱除硫化氢、硫氧碳和二氧化碳等酸性气体的气体净化技术，装置泵类均采用机械密封。

1) 富液泵运行参数：型号 HPK-S200-400

该泵原选用机封为1523-60内装式、单弹簧、平衡型机械密封，通过拆检，发现机封动环经常卡死在轴套上，弹簧无法补偿，从而液膜平衡破坏，造成液体大量泄漏。

3) 原因分析

该泵介质为NHD溶液，外观淡黄色透明液体 。该有机溶剂对机械密封的辅助密封橡胶O型圈具有变形膨胀的破坏效应。

4) 改进措施及效果

       ① 改进密封结构形式

采用波纹管机械密封MFL85N-65,该机封为单端面、平衡型，动静环为碳石墨—碳化硅，彻底解决了机封因辅助O型圈的泡胀问题导致的泄漏，辅助密封圈和轴套之间的密封是静止的，是依靠波纹管起到了机械密封与运动主轴之间的恒定调节作用，从而补偿动静环端面的磨损，使密封端面良好贴和。

② 两台富液泵自2005年6月改用波纹管机械密封以来，现场密封效果非常好，使用寿命达到三年。

2  正确安装机械密封可提高机械密封使用寿命

2.1机械密封压缩量的调整

1) 如何确定机械密封弹簧的压缩量

  单弹簧机械密封的压缩量为50%-70%，大概密封压死后放开3~5mm；多弹簧（碟形簧）的压缩量为90%左右，即机械密封压死后放开1.5~2.5mm即可。同时还要考虑密封面的宽窄，弹簧的力度,工作时受力状态。

2)机械密封如何定位

机械密封定位前，转子应安装到正常运转的位置。转子轴向应固定，轴向串量不大于0.30mm；对于用平衡盘确定轴向位置的转子，应将平衡盘和平衡环座推靠（即平衡盘与平衡环座接触），压缩量即动环到密封箱的距离和静环到静环座的距离的差。转子盘车均匀、轻快，泵内无零件接触和摩擦。在此基础上才能进行机械密封的定位工作。

这时将装有静环的压盖先装到泵上，转子定位后在轴上做一标记（图a  A点），标出压盖背面在轴或轴套上的位置，并量出包括静环的压盖厚度L1；测量出包括弹簧的动环组件自由高度L2（图b ），从轴上的A点量一长度为（L1+L2－S）,在轴上得到B点（图c）,从B点固定传动座，机械密封定位工作即完成。上述分式中的S是机械密封的压缩量。

如果原来配备有机械密封，安装工作从拆卸时就要做好准备，拆卸前先刻出a点的标记，同时校核原机械密封传动座的安装位置是否正确。[1]附图如下：

2.2 正确选用机械密封冲洗方案

机械密封工作中产生的摩擦热，会使密封端面温度升高，使密封端面间液膜汽化，还会使辅助密封圈老化、变质。辅助冲洗的目的在于防止杂质集积，防止气囊形成，同时保持和改善密封端面间处于良好的润滑状态，使机械密封各零件正常工作。严格说来，机械密封没有冲洗设施是不能正常使用的。

2.3  应用示例

我厂NHD气体净化变换系统变换气降温分离后的冷凝液需送往气化工段再利用，所配置冷凝液泵，在运行中机械密封经常泄漏，运行时间仅三周或一月。

1) 冷凝液泵运行参数：型号：WAN80-50-250

该泵原选用机封为RH-45内装式、单弹簧、非平衡型机械密封，辅助设施选用自冲洗。摩擦副选取硬对硬，均为硬质合金。在运行仅一月后出现泄露，拆检发现，动静环磨损严重，密封面磨掉3mm以上，出现环向沟纹。

3) 原因分析

① 该泵摩擦副选用硬质合金对硬质合金，在非平衡机械密封中pv值为4.4MPa.m/s，pv值过低，由于采用非平衡机封，再加上弹簧的静压力，造成pv值大于4.4MPa.m/s，这样密封端面会产生大量的摩擦热。

②  由于介质温度过高，采用本身自带的压差冲洗，冲洗液温度也高，会造成摩擦副产生的热量大，无法冷却散热，轻者使液膜汽化，密封失效；重者使密封端面磨损严重，产生沟纹，甚至出现裂纹。

4) 改进措施及效果

       ① 改进密封结构形式

采用机械密封1523-45,该机封为单端面、平衡型，动静环为碳石墨—碳化硅，O型圈为氟橡胶，较好的解决了pv值过高问题。

② 合理调整机械密封压缩量，延长摩擦副运行时间。

③ 改进自冲洗结构

对辅助设施冲洗系统进行改造，借鉴先进技术，采用自冲洗用冷却器。冷却器为盘管式，管内为被冷却介质，管外为冷却水，冷却面积一般在1m2以下。在使用过程中一定要控制被冷却流体的流量，满足冲洗要求即可，不可过多。否则，如果高温流体过多，冷却管表面温度过高，很快结水垢，不得不更换管束。

③ 两台冷凝液泵自2006年6月改造以来，现场密封效果大大改观，运行寿命在一年以上。

3  消除离心泵的振动是机械密封长周期运行的先决条件

3.1 泵用机械密封对机器精度的要求

         1) 安装机械密封部位的轴(或轴套)的径向跳动公差最大不超过0.04～0.06mm。  

          2) 转子轴向窜动不超过0.3mm。

3.2设备检修消除设备振动

1) 采用高标准轴承，国内或进口轴承，提高轴承运转寿命。

2) 严格按检修规程执行，控制好零件各部分的间隙，消除泵类不平衡轴向力的产生，使密封压缩量过大 或破坏密封液膜，造成泄露。

3) 联轴器对中采用百分表进行找正，轴向和径向偏差在0.03mm之内。

4) 检查联轴器的膜片、柱销、弹性块、弹性圈等是否损坏，必要时更换。

3.3  应用示例

我厂现有180 kt/a甲醇装置，气体净化工艺脱碳系统于2004年对系统进行扩产改造，新增1台150AY150×2型脱碳泵。在生产中，机械密封频繁泄漏，并且机组振动，轴承超温。

1）改造前

原泵高压端角接触轴承D46314，成对双联背对背安装，频繁出现问题。轴承损坏现象为：

1轴承游隙大，运转时间不长，会发生异常响声；

② 疲劳点蚀，塑性变形。由于过大的载荷，转速较高时，滚动体与座圈滚道表面产生凹坑、胶和破坏，同时超温，振动。

2） 改造后

为稳定设备运行，对轴承进行改造，使用可分离型D30314圆锥滚子轴承。滚子与滚道为线接触，可承受较重的径向和轴向联合负荷。圆锥滚子轴承采用加强型结构，滚子直径加大，滚子长度加长，滚子数目增多，因而使轴承的承载能力和疲劳寿命显著提高。2种轴承尺寸性能对比见表

轴承尺寸性能对比

背靠背安装角接触轴承 （改造前）      面对面安装圆锥滚子轴承（改造后）

 改造前、后轴承安装示意图

3）效果

脱碳泵自2004年改造以来，设备故障率大大降低，每次检修后长周期运行达2年以上，同时结合改造经验，将现有的其它150AY150×2型及250AYS150×2型脱碳泵进行技术改造。

4 做好离心泵的优化操作和维护是机械密封长周期运行的充分条件

设备必须具备操作使用规程、维护规程和安全规程，各生产岗位必须具备设备管理专责制、巡回检查制、维护保养制和交。操作人员必须以严肃的态度和科学的方法正确使用和维护好设备。操作人员通过岗位练兵和培训，对所使用的设备，做到“四懂”、“三会”（懂结构、懂原理、懂性能、懂用途，会使用、会保养、会排除故障）。实行安全操作合格证制度，经过考试合格，发给证书才能持证单独操作设备，无证者严禁上岗操作。

1) 试车前的准备工作

① 检查泵的各连接螺栓及地脚螺栓是否有松动现象。

② 检查轴承润滑油是否充足、畅通、不滴不漏。

③ 盘车若干转，检查是否轻重均匀，并注意泵内有无杂音。

④ 将泵内充满液体，排除泵内气体，检查机封是否泄露。

2) 试车　

① 电机点动试验，检查电机旋转方向，有无异常声音。

② 打开进口阀，启动电机，马上打开出口阀，避免轴承温度过高，机械密封损坏。

③ 负荷试车应符合以下要求：

a．机械密封无泄漏。

b．运行平稳、无杂音。

c．润滑、冷却系统均为正常。

d．流量、压力平稳、无波动。

e．电流不超过额定值。

3）正常运行

① 泵启动后若有轻微泄漏现象，应观察一段时间。如连续运行4小时，泄漏量仍不减小，则应停泵检查。

② 泵的操作压力应平稳，压力波动不大于1公斤/平方厘米。

③ 在运转中，应避免发生抽空现象，以免造成密封面干摩擦及密封破坏。

④ 确保机械密封有充分冲洗的液体，水冷轴承禁止使用过量水流；

5生产操作人员发现设备有不正常情况，要立即检查原因，及时反映。发现异常响声、振动、漏气、火花等紧急情况，应采取果断措施立即停车，并上报和通知值班长及有关岗位，不弄清原因不得盲目开车。已处理和未处理的缺陷记入运行记录上，并向下一班交待清楚。

5 结语

机械密封长周期要从零件的加工精度、密封结构、安装、维修质量等方面入手，进行改进，同时提高工艺人员现场操作水平，是确保机械密封稳定性、长期性的有效方法，从而为社会节约能耗，提高经济效益。

〔参考文献〕

[1] 王汝美编， 实用机械密封技术问答 〔M〕. 北京：中国石化出版社，1995

该文章发表在《化工设计通讯》2010年第2期