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摘要：中石化销售股份有限公司华南分公司昆明长坡输油站6万吨/年蒸馏装置塔底汽油泵一直使用单端面密封运行，汽油泵介质中存在不易于汽油的油泥、铁屑等，且采用的单端面机封密封效果较差，油泥堵塞密封后导致密封失效漏油，塔底泵被迫停运，进一步影响装置的运行使用。根据现场工况，选择合理的密封结构型式、参数和材料，改造为双端面机械密封，确保生产装置安全运行。
关键词：机械密封：改造：选型：辅助冲洗系统
输油站蒸馏装置承担混油处理的艰巨任务，确保了现有条件混油罐的罐容充足，间接性确保了各种成品油输送任务，一旦发生输送问题，混油无法得到正常处理，将影响管输油品的正常输送，对生产造成极大的影响。所以输油站良好的运行状态，关系重大。
现有云南输油一部长坡输油站P1002A/B柴油泵一直使用单端面机械密封，由于混油处理存在杂质，泵处于24H全运行状态，导致每套泵机械密封使用寿命基本在两个月左右，更换频繁，对输油站的安全运行很不利。为了输油装置安全运行，决定尝试将原单端面密封改造为双端面机械密封使用，增加密封辅助冲洗系统，提高密封使用的安全性和寿命。
1.现场运行工况：
原机械密封型式见下图所示：
原密封型式为清洁介质常用单端面型式，端面配对为石墨对碳化硅，O型圈为耐高温氟橡胶。
拆解失效密封发现，动环、静环端面均有较深环装磨损痕迹;石墨端面有蚀点，存在泡疤现象;金属件以及弹簧附着颗粒、黑色结焦物等杂质，弹簧存在卡死现象;O型圈硬化。很明显密封失效的原因为端面磨损严重，无法有效贴合。
2. 更换双端面机械密封简介
（1）双端面机械密封原理：双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。双端面机械密封结构如工作时，由流体压力（介质压力）和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压（压紧力），使两个接触端面（动环、静环端面）相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目
（2）双端面机械密封特征：双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。
3.改造方案
现场实际输送介质柴油中含有颗粒等杂质，原机械密封结构型式在长时间运行后，弹性元件容易积垢阻塞，对端面参数有影响引起泄漏。而且现场无氮气源，串联式密封的大气侧密封无法使用带压冲洗方案PLAN53A，而PLAN53B或PLAN53C成本太高，故考虑采用PLAN11+52方案，增加大气侧密封油储罐。
PLAN52储罐系统为双机械密封的冲洗辅助系统，其作用是储存缓冲液，润滑密封端面，并同时导出密封端面产生的摩擦热和密封腔内自身的热量，从而改善机械密封的工作环境，提高机械密封的可靠性和使用寿命，扩大机械密封的适用范围。储罐系统参照API682和GB150标准设计、制造。为改善机械密封工作环境而配备，同时对机械密封工作状况有一定的监控作用。在试车时通过与缓冲液进口BI相连的温度表观测温度，正常运行时温度会有一定升高，当系统达到平衡时，温度维持在一定值。如发现储罐液位上升，可以判断介质侧密封出现泄漏，应停泵及时更换密封。
密封结构型式选用串联式机械密封，保证介质侧密封失效后，大气侧安全密封仍起作用，便于现场切泵维修;介质侧选用弹簧外装式结构，能很好保护弹性元件不接触介质，避免弹力发生改变进而影响端面比压，大气侧为通用标准结构;介质侧端面配对为碳化硅对碳化硅，有效应对含颗粒介质干扰，大气侧为石墨对碳化硅，保证端面良好的润滑性;介质侧选用进口全氟醚密封圈，该种O型圈有良好的耐高温耐化学性能，大气侧选用氟橡胶O型圈。
密封设计参数：
介质侧端面参数：密封端面外径d2=Φ71.5mm，密封端面内径d1=Φ63.5mm，平衡直径d0=Φ66mm
则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.70;端面比压PS=0.352
大气侧端面参数：d2=Φ55.7mm，d1=Φ47.7mm，d0=Φ50mm
则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.73;端面比压PS=0.252
設计适当增加介质侧端面比压，提高了静环的轴向补偿力，增强动环的追随性，保证密封端面紧密贴合，减少介质渗漏可能性。
改造后密封结构型式见下图所示
4、改造结果
自2019年8月安装使用新结构密封和辅助冲洗系统后，无泄漏现象，使用情况良好，密封使用6个月以上，极大的降低维修频率，提高装置输送能力。
5、失效分析
转动设备故障中，双端面机械密封失效机理与单端面机械密封失效机理基本相同，主要是密封面的失效。在机泵运行过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封面温度升高，加之介质的影响，就会出现密封面介质的气化、密封环变形、热磨损，甚至出现热裂。有的介质在温度变化时会加剧固化、聚合、结晶、结焦和腐蚀。种种非正常的工况将加剧或者短期内直接导致密封失效。
6、日常维护
双端面机械密封密封失效的主要原因是操作的问题，因此做好日常维护工作，为其提供一个合理的工况，是密封运转正常、良好的前提。做好日常维护应保证以下几点：
（1）启动前检查辅助装置是否正常，保证密封液系统液位、压力在操作范围之内，各处密封良好。按转动方向盘车通过双端面机封泵效环将机封内充满液体。
（2）不要使泵抽空避免密封端面发生干摩擦。
（3）经常检查辅助装置是否正常工作：
a、注意密封液液面的位置，油位降低要经常补充，压力降低要补气保压。
b、定期排放泄漏液。
c、经常检查冷却水管、冲洗管等，杜绝发生堵塞，防止突然停水而使冷却、冲洗效果不好，造成密封失效。
（4）防止机器本身振动、发热等对密封的影响。
a、注意异常声响，振动可造成防转销等松开、脱出。
b、注意异常发热，如：轴承发热是否正常，并作合理调整。
7、结论
从密封机理上看，无论是双端面机械密封还是单端面机械密封都是将较难控制、泄漏量大的轴密封转变成比较容易控制的端面密封（摩擦副）、静密封和伪静密封。两级端面密封给予双端面机械密封安全可靠，对外无泄漏的特点。根据摩擦副布置形式以及密封液系统，双端面机械密封在结构上有多种形式，以满足多种工况的要求。双端面机械密封失效的原因很多，也很复杂，可以通过采取相应的措施来解决。双端面机械密封泄露与工艺操作及安装检修有直接关系。在日常生产中应规范操作，加强管理，对故障做总结分析，是保证和提高密封效率及寿命的必要措施。
8.结束语
机械密封需要根据输送介质具体性质来选择合适的结构型式和冲洗系统。合理的机械密封选型可以极大的降低维修频率，节约检修成本，增加装置的安全性以及稳定运行能力，提高经济效益。6万吨/年蒸馏装置塔底汽油泵双端面机械密封改造后，根据实际应用效果后，可推广使用在长坡站3万吨/年蒸馏装置塔底柴油泵、汽油泵上，改造后预计每年可节省企业修理费支出20万元左右，具备十分重要的推广作用。
9、参考文献
【1】董晓明.双端面机械密封泄漏原因及对策[J].润滑与密封，1998，NO.7.
【2】王显伟，宋巍.机械密封失效原因分析及预防[J].辽宁化工，2004，第33卷第8期.
【3】周原.王天普等.机泵维修钳工[M].北京：中国石化出版社，2009：129-143
【4】陈德才，崔德容 机械密封设计制造与使用【M】北京机械工业出版社 1993
关键词：机械密封：改造：选型：辅助冲洗系统
输油站蒸馏装置承担混油处理的艰巨任务，确保了现有条件混油罐的罐容充足，间接性确保了各种成品油输送任务，一旦发生输送问题，混油无法得到正常处理，将影响管输油品的正常输送，对生产造成极大的影响。所以输油站良好的运行状态，关系重大。
现有云南输油一部长坡输油站P1002A/B柴油泵一直使用单端面机械密封，由于混油处理存在杂质，泵处于24H全运行状态，导致每套泵机械密封使用寿命基本在两个月左右，更换频繁，对输油站的安全运行很不利。为了输油装置安全运行，决定尝试将原单端面密封改造为双端面机械密封使用，增加密封辅助冲洗系统，提高密封使用的安全性和寿命。
1.现场运行工况：
原机械密封型式见下图所示：
原密封型式为清洁介质常用单端面型式，端面配对为石墨对碳化硅，O型圈为耐高温氟橡胶。
拆解失效密封发现，动环、静环端面均有较深环装磨损痕迹;石墨端面有蚀点，存在泡疤现象;金属件以及弹簧附着颗粒、黑色结焦物等杂质，弹簧存在卡死现象;O型圈硬化。很明显密封失效的原因为端面磨损严重，无法有效贴合。
2. 更换双端面机械密封简介
（1）双端面机械密封原理：双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。双端面机械密封结构如工作时，由流体压力（介质压力）和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压（压紧力），使两个接触端面（动环、静环端面）相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目
（2）双端面机械密封特征：双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。
3.改造方案
现场实际输送介质柴油中含有颗粒等杂质，原机械密封结构型式在长时间运行后，弹性元件容易积垢阻塞，对端面参数有影响引起泄漏。而且现场无氮气源，串联式密封的大气侧密封无法使用带压冲洗方案PLAN53A，而PLAN53B或PLAN53C成本太高，故考虑采用PLAN11+52方案，增加大气侧密封油储罐。
PLAN52储罐系统为双机械密封的冲洗辅助系统，其作用是储存缓冲液，润滑密封端面，并同时导出密封端面产生的摩擦热和密封腔内自身的热量，从而改善机械密封的工作环境，提高机械密封的可靠性和使用寿命，扩大机械密封的适用范围。储罐系统参照API682和GB150标准设计、制造。为改善机械密封工作环境而配备，同时对机械密封工作状况有一定的监控作用。在试车时通过与缓冲液进口BI相连的温度表观测温度，正常运行时温度会有一定升高，当系统达到平衡时，温度维持在一定值。如发现储罐液位上升，可以判断介质侧密封出现泄漏，应停泵及时更换密封。
密封结构型式选用串联式机械密封，保证介质侧密封失效后，大气侧安全密封仍起作用，便于现场切泵维修;介质侧选用弹簧外装式结构，能很好保护弹性元件不接触介质，避免弹力发生改变进而影响端面比压，大气侧为通用标准结构;介质侧端面配对为碳化硅对碳化硅，有效应对含颗粒介质干扰，大气侧为石墨对碳化硅，保证端面良好的润滑性;介质侧选用进口全氟醚密封圈，该种O型圈有良好的耐高温耐化学性能，大气侧选用氟橡胶O型圈。
密封设计参数：
介质侧端面参数：密封端面外径d2=Φ71.5mm，密封端面内径d1=Φ63.5mm，平衡直径d0=Φ66mm
则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.70;端面比压PS=0.352
大气侧端面参数：d2=Φ55.7mm，d1=Φ47.7mm，d0=Φ50mm
则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.73;端面比压PS=0.252
設计适当增加介质侧端面比压，提高了静环的轴向补偿力，增强动环的追随性，保证密封端面紧密贴合，减少介质渗漏可能性。
改造后密封结构型式见下图所示
4、改造结果
自2019年8月安装使用新结构密封和辅助冲洗系统后，无泄漏现象，使用情况良好，密封使用6个月以上，极大的降低维修频率，提高装置输送能力。
5、失效分析
转动设备故障中，双端面机械密封失效机理与单端面机械密封失效机理基本相同，主要是密封面的失效。在机泵运行过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封面温度升高，加之介质的影响，就会出现密封面介质的气化、密封环变形、热磨损，甚至出现热裂。有的介质在温度变化时会加剧固化、聚合、结晶、结焦和腐蚀。种种非正常的工况将加剧或者短期内直接导致密封失效。
6、日常维护
双端面机械密封密封失效的主要原因是操作的问题，因此做好日常维护工作，为其提供一个合理的工况，是密封运转正常、良好的前提。做好日常维护应保证以下几点：
（1）启动前检查辅助装置是否正常，保证密封液系统液位、压力在操作范围之内，各处密封良好。按转动方向盘车通过双端面机封泵效环将机封内充满液体。
（2）不要使泵抽空避免密封端面发生干摩擦。
（3）经常检查辅助装置是否正常工作：
a、注意密封液液面的位置，油位降低要经常补充，压力降低要补气保压。
b、定期排放泄漏液。
c、经常检查冷却水管、冲洗管等，杜绝发生堵塞，防止突然停水而使冷却、冲洗效果不好，造成密封失效。
（4）防止机器本身振动、发热等对密封的影响。
a、注意异常声响，振动可造成防转销等松开、脱出。
b、注意异常发热，如：轴承发热是否正常，并作合理调整。
7、结论
从密封机理上看，无论是双端面机械密封还是单端面机械密封都是将较难控制、泄漏量大的轴密封转变成比较容易控制的端面密封（摩擦副）、静密封和伪静密封。两级端面密封给予双端面机械密封安全可靠，对外无泄漏的特点。根据摩擦副布置形式以及密封液系统，双端面机械密封在结构上有多种形式，以满足多种工况的要求。双端面机械密封失效的原因很多，也很复杂，可以通过采取相应的措施来解决。双端面机械密封泄露与工艺操作及安装检修有直接关系。在日常生产中应规范操作，加强管理，对故障做总结分析，是保证和提高密封效率及寿命的必要措施。
8.结束语
机械密封需要根据输送介质具体性质来选择合适的结构型式和冲洗系统。合理的机械密封选型可以极大的降低维修频率，节约检修成本，增加装置的安全性以及稳定运行能力，提高经济效益。6万吨/年蒸馏装置塔底汽油泵双端面机械密封改造后，根据实际应用效果后，可推广使用在长坡站3万吨/年蒸馏装置塔底柴油泵、汽油泵上，改造后预计每年可节省企业修理费支出20万元左右，具备十分重要的推广作用。
9、参考文献
【1】董晓明.双端面机械密封泄漏原因及对策[J].润滑与密封，1998，NO.7.
【2】王显伟，宋巍.机械密封失效原因分析及预防[J].辽宁化工，2004，第33卷第8期.
【3】周原.王天普等.机泵维修钳工[M].北京：中国石化出版社，2009：129-143
【4】陈德才，崔德容 机械密封设计制造与使用【M】北京机械工业出版社 1993