论文部分内容阅读
【摘要】为了解决机械密封在间歇性运转泵上失效问题，结合实际工作经验从改善工况、结构选型和安装使用三个方面入手，提出有效的应对措施。
【关键词】机械密封 失效原因应对措施
机泵在油气储运过程中起到举足轻重的作用，然而由于机封失效造成油品储运非正常中断的事情时有发生，通过统计本厂储运系统中近三年机封失效情况发现：储运系统中使用的泵，机封失效主要发生在开停频繁的油气转输泵上，尤其是在液态烃转输泵上。考虑到储运系统中的泵不同于装置用泵是连续运转，本文着重分析间歇性运转泵上机封失效原因，并提出相应的解决办法。
1 机械密封简介
由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力及补偿机构弹力（或磁力）共同作用下，以及辅助密封圈的配合下，该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封主要由动环、静环、弹性元件、辅助密封组成。密封泄露是机械密封失效的主要形式。泄露途径主要有动环与静环之间泄露、动环与轴（或轴套）之间泄露、静环与压盖之间泄露、压盖与泵体之间泄露四种方式。
2 间歇性运转泵机械密封失效分析
本厂的油气出厂通过管输、海运、铁路、公路运输四种方式，油气出厂使用的离心泵都是间歇性运转的，机械密封泄露情况主要发生在油气装汽车泵上，油气装汽车泵使用频率较高，机械密封泄露不仅降低油气转输效率，增加了油气储运成本，而且对生产运行也是一种安全隐患。
2.1 开泵瞬间发生泄漏
这种泄露情况主要发生在长时间没有开的机泵上，如油气装船泵和管输泵，这些泵平均每月使用一次，有时甚至两三个月使用一次。机械密封失效的原因，输送介质（或隔离液）在摩擦副附近凝固、结晶，摩擦副上有水垢，弹簧锈蚀、堵塞而丧失弹性，密封圈老化，均可引起泵重新开动时发生泄漏。
2.2 接卸鹤管过程发生的泄露
这种泄露情况主要发生在开停频率高，单次运行时间短的机泵上，如油气装汽车泵上，尤其是在夏季液态烃装汽车泵上，由于液态烃装汽车泵在鹤管连接和拆卸过程中，机泵可能出现暂时空转，此时机泵温度迅速上升，造成机泵抽空。
机械密封在泵抽空状态下，因流体膜相变半径的改变使正常工况下的稳定运行变成不稳定，机械密封在泵抽空的瞬间，发生相态的瞬时改变导致膜压系数发生骤变，密封面会开启造成密封失效[1]。静环脱离密封压盖而失效密封腔一般都和泵的入口连通。对内装式机械密封，当泵抽空时，密封腔压力随之下降到很低，这时由于大气压的作用，会推动静环脱离机械密封压盖，压力恢复后，静环由于错动而不能回归原处，从而使该密封失效
2.3 突发性泄露
这种泄漏情况主要原因有：泵强烈振动、抽空破坏了摩擦副；弹簧断裂；防转销脱落或传动销断裂而失去作用； 天气温度骤降，如遇到冻雨天气，机械密封内的弹性元件热胀冷缩，导致弹力不足，机械密封发生泄漏。
3 间歇性运转泵机械密封失效应对措施
3.1 改善密封工况条件
3.1.1采用变频技术
在原有电机的基础上，增加变频控制柜，由于启动泵时使用变频控制柜是软启动，对机械密封非常有利[2]。根据需要流量及时调节电机转速，使泵在最佳工况点下工作，不仅可以改善机械密封工作条件，而且还具有显著的节能效果。
3.1.2增加最小流量保护设施
在原有的装车泵出口，增加一条回流线，设置一台调节阀，调节阀与泵出口流量连锁。当泵出口流量低于设定值时，调节阀自动开启，这样可以保证机泵正常运转，不会发生蹩压现象，避免由于泵蹩压造成机械密封失效。本厂的三苯装汽车泵225-P-05和225-P-08，其中225-P-05没有最小流量保护设施，225-P-09有最小流量保护措施，这两台泵采用机械密型号：BDPXN CM1BD-053FC038，冲洗方案：plan53B。统计2010.01.01-2013.01.01机封失效记录，发现225-P-05出现过七次机封泄露情况，而225-P-08只出现过一次泄露，因此可见最小流量保护设施可以改善机械密封的工况条件，对机械密封起到保护作用。
3.2 机械密封结构选型
3.2.1机械密封结构改进
为防止静环离位，应将俘动型静环改为固定型，动环加限位装置，只允许密封端面磨损后向静环方向补偿，不允许向相反方向弹簧侧的窜量过大。这会增加安装难度，可采用集装式密封来解决。穆澎淘[2]设计了可滑动静环密封结构，使动静环在泵抽空时能顺利可靠的滑动，经过实践证明其效果是很好的。
3.2.2选用串联式干气密封
串联式干气密封抗干扰能力强，由于通入氮气提高主密封背压，从而在工艺波动或抽空时，降低超量介质泄露的气化现象，为重新形成完整的液膜提供条件，从而使端面液膜迅速恢复，达到稳定运行的目的。本厂的液态烃装车泵224-P-03采用的单端面密封，233-P-01采用干气密封，统计近三年的机封泄露情况，发现224-P-03发生5次泄露，233-P-01发生1次泄露。 可见干气密封的使用寿命长于单端面密封，目前本厂的液态烃装车泵，全部改造为干气密封。
3.3 机封安装使用
（1）检查安装机械密封的泵是否符合技术要求，对转子要求，轴径向跳动≤0.03～0.05mm，单级泵的叶轮直径>300mm，两级泵的叶轮直径>250mm，需要检查转子的动平衡，叶轮应找静平衡。对泵与电机的要求，电机单独运转时，其振幅≤0.03mm，工作温度下泵与电机的同心度：轴向≤0.08mm，径向≤0.10mm，泵运转时双振恒值最大≤0.06mm。
（2）机械密封动静环压缩量的确定是安装机械密封的关键，一般规定，机械密封动静环的压缩量为其总压缩量的1/3～2/3为宜，1/2处最为合适。
（3）盘车检查压盖、静环与轴是否有摩擦。辅助设施安装完毕后，打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性。再缓慢盘车逐渐加快，一方面检查泄漏情况，另一方面排出密封腔中气体。
参考文献
[1] 王强，葛建武.机泵变频技术在油品装车系统中的优化使用[J]. 化学工程与装备.2012.41（10）：78-79
[2] 穆澎淘. 泵抽空时机械密封失效原因及防止失效方法[J] .润滑与密封.1992.37（3）：48-50
【关键词】机械密封 失效原因应对措施
机泵在油气储运过程中起到举足轻重的作用，然而由于机封失效造成油品储运非正常中断的事情时有发生，通过统计本厂储运系统中近三年机封失效情况发现：储运系统中使用的泵，机封失效主要发生在开停频繁的油气转输泵上，尤其是在液态烃转输泵上。考虑到储运系统中的泵不同于装置用泵是连续运转，本文着重分析间歇性运转泵上机封失效原因，并提出相应的解决办法。
1 机械密封简介
由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力及补偿机构弹力（或磁力）共同作用下，以及辅助密封圈的配合下，该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置。机械密封主要由动环、静环、弹性元件、辅助密封组成。密封泄露是机械密封失效的主要形式。泄露途径主要有动环与静环之间泄露、动环与轴（或轴套）之间泄露、静环与压盖之间泄露、压盖与泵体之间泄露四种方式。
2 间歇性运转泵机械密封失效分析
本厂的油气出厂通过管输、海运、铁路、公路运输四种方式，油气出厂使用的离心泵都是间歇性运转的，机械密封泄露情况主要发生在油气装汽车泵上，油气装汽车泵使用频率较高，机械密封泄露不仅降低油气转输效率，增加了油气储运成本，而且对生产运行也是一种安全隐患。
2.1 开泵瞬间发生泄漏
这种泄露情况主要发生在长时间没有开的机泵上，如油气装船泵和管输泵，这些泵平均每月使用一次，有时甚至两三个月使用一次。机械密封失效的原因，输送介质（或隔离液）在摩擦副附近凝固、结晶，摩擦副上有水垢，弹簧锈蚀、堵塞而丧失弹性，密封圈老化，均可引起泵重新开动时发生泄漏。
2.2 接卸鹤管过程发生的泄露
这种泄露情况主要发生在开停频率高，单次运行时间短的机泵上，如油气装汽车泵上，尤其是在夏季液态烃装汽车泵上，由于液态烃装汽车泵在鹤管连接和拆卸过程中，机泵可能出现暂时空转，此时机泵温度迅速上升，造成机泵抽空。
机械密封在泵抽空状态下，因流体膜相变半径的改变使正常工况下的稳定运行变成不稳定，机械密封在泵抽空的瞬间，发生相态的瞬时改变导致膜压系数发生骤变，密封面会开启造成密封失效[1]。静环脱离密封压盖而失效密封腔一般都和泵的入口连通。对内装式机械密封，当泵抽空时，密封腔压力随之下降到很低，这时由于大气压的作用，会推动静环脱离机械密封压盖，压力恢复后，静环由于错动而不能回归原处，从而使该密封失效
2.3 突发性泄露
这种泄漏情况主要原因有：泵强烈振动、抽空破坏了摩擦副；弹簧断裂；防转销脱落或传动销断裂而失去作用； 天气温度骤降，如遇到冻雨天气，机械密封内的弹性元件热胀冷缩，导致弹力不足，机械密封发生泄漏。
3 间歇性运转泵机械密封失效应对措施
3.1 改善密封工况条件
3.1.1采用变频技术
在原有电机的基础上，增加变频控制柜，由于启动泵时使用变频控制柜是软启动，对机械密封非常有利[2]。根据需要流量及时调节电机转速，使泵在最佳工况点下工作，不仅可以改善机械密封工作条件，而且还具有显著的节能效果。
3.1.2增加最小流量保护设施
在原有的装车泵出口，增加一条回流线，设置一台调节阀，调节阀与泵出口流量连锁。当泵出口流量低于设定值时，调节阀自动开启，这样可以保证机泵正常运转，不会发生蹩压现象，避免由于泵蹩压造成机械密封失效。本厂的三苯装汽车泵225-P-05和225-P-08，其中225-P-05没有最小流量保护设施，225-P-09有最小流量保护措施，这两台泵采用机械密型号：BDPXN CM1BD-053FC038，冲洗方案：plan53B。统计2010.01.01-2013.01.01机封失效记录，发现225-P-05出现过七次机封泄露情况，而225-P-08只出现过一次泄露，因此可见最小流量保护设施可以改善机械密封的工况条件，对机械密封起到保护作用。
3.2 机械密封结构选型
3.2.1机械密封结构改进
为防止静环离位，应将俘动型静环改为固定型，动环加限位装置，只允许密封端面磨损后向静环方向补偿，不允许向相反方向弹簧侧的窜量过大。这会增加安装难度，可采用集装式密封来解决。穆澎淘[2]设计了可滑动静环密封结构，使动静环在泵抽空时能顺利可靠的滑动，经过实践证明其效果是很好的。
3.2.2选用串联式干气密封
串联式干气密封抗干扰能力强，由于通入氮气提高主密封背压，从而在工艺波动或抽空时，降低超量介质泄露的气化现象，为重新形成完整的液膜提供条件，从而使端面液膜迅速恢复，达到稳定运行的目的。本厂的液态烃装车泵224-P-03采用的单端面密封，233-P-01采用干气密封，统计近三年的机封泄露情况，发现224-P-03发生5次泄露，233-P-01发生1次泄露。 可见干气密封的使用寿命长于单端面密封，目前本厂的液态烃装车泵，全部改造为干气密封。
3.3 机封安装使用
（1）检查安装机械密封的泵是否符合技术要求，对转子要求，轴径向跳动≤0.03～0.05mm，单级泵的叶轮直径>300mm，两级泵的叶轮直径>250mm，需要检查转子的动平衡，叶轮应找静平衡。对泵与电机的要求，电机单独运转时，其振幅≤0.03mm，工作温度下泵与电机的同心度：轴向≤0.08mm，径向≤0.10mm，泵运转时双振恒值最大≤0.06mm。
（2）机械密封动静环压缩量的确定是安装机械密封的关键，一般规定，机械密封动静环的压缩量为其总压缩量的1/3～2/3为宜，1/2处最为合适。
（3）盘车检查压盖、静环与轴是否有摩擦。辅助设施安装完毕后，打开泵入口阀，引入介质试静压，检查密封性。再缓慢盘车逐渐加快，一方面检查泄漏情况，另一方面排出密封腔中气体。
参考文献
[1] 王强，葛建武.机泵变频技术在油品装车系统中的优化使用[J]. 化学工程与装备.2012.41（10）：78-79
[2] 穆澎淘. 泵抽空时机械密封失效原因及防止失效方法[J] .润滑与密封.1992.37（3）：48-50