煉油廠泵用機(jī)械密封故障原因及對(duì)策
1概述
泵是煉油廠的重要流體輸送設(shè)備，數(shù)量龐大，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的維修工作量有一半以上是泵的維修，其中95％是離心泵，而離心泵的故障中，機(jī)械密封的故障最多。根據(jù)我廠1998年~2004年的不完全統(tǒng)計(jì)，離心泵故障37%是機(jī)械密封故障，31%是軸承失效，32%是其他原因。
1.1常見機(jī)封故障有以下幾種
1.1.1泵運(yùn)行時(shí)密封泄漏
1.1.2密封泄漏和壓蓋結(jié)冰
1.1.3密封面穩(wěn)定滴漏
1.1.4泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)密封尖叫
1.1.5密封面外緣或壓蓋外側(cè)有碳粉積聚
1.1.6密封面磨損嚴(yán)重，機(jī)封壽命短
1.2為了保證機(jī)泵長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，必須處理好機(jī)械密封的故障，做好故障原因分析。分析過(guò)程一般遵循以下四個(gè)步驟
1.2.1收集資料。及時(shí)對(duì)故障設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況詢問(wèn)、觀察、檢查和測(cè)試。盡量做到實(shí)事求是、客觀、完整。
1.2.2綜合分析。對(duì)所收集的資料歸納整理，抓住主要問(wèn)題進(jìn)行綜合、分析、推理，根據(jù)一兩個(gè)最符合實(shí)質(zhì)的癥狀做出初步診斷。
1.2.3初步診斷。根據(jù)故障現(xiàn)象的共性和特殊性進(jìn)行分析、歸納，找出其間的聯(lián)系和規(guī)律，得出故障原因。
1.2.4通過(guò)維修實(shí)踐驗(yàn)證診斷。注意做好記錄，保存好損壞的密封元件；解體前、后認(rèn)真地拆開密封箱檢驗(yàn)和判斷，不要急于拆卸造成不必要的元件損壞和人力浪費(fèi)。
1.3機(jī)械密封故障的原因大致有四種
1.3.1機(jī)械密封本身質(zhì)量有缺陷。
1.3.2泵本體有缺陷。
1.3.3機(jī)械密封選用不當(dāng)。
1.3.4操作、使用、維護(hù)不當(dāng)。
2 故障原因分析及對(duì)策
下面分別從密封的機(jī)械損壞、熱損壞、化學(xué)腐蝕、密封面磨損圖像分析判斷故障的原因及應(yīng)對(duì)措施。
2.1從機(jī)械損壞判斷密封失效原因
2.1.1動(dòng)環(huán)斷裂或開裂：原因是動(dòng)環(huán)用脆性材料制成，斷面較薄，非常脆弱。若斷裂表面變色不均勻，或者存在磨屑，動(dòng)環(huán)斷裂是在開車前或運(yùn)行中發(fā)生的。若沒有磨屑、變色，斷裂可能是在拆卸時(shí)造成的。密封扭矩過(guò)大造成的損壞一般伴有所配合的傳動(dòng)裝置磨損或損壞。
具體原因可能有以下幾種：a.密封裝配不當(dāng)；
b.安裝操作失誤；
c.密封面扭矩過(guò)大（壓縮量過(guò)大，泵壓力超高，潤(rùn)滑性差，密封面干摩擦，密封面沖蝕，密封面粘著）；
d.泵壓力超高；
e.密封拆卸或解體時(shí)損壞；
f.溫度變化大。
預(yù)防糾正措施有：a.安裝時(shí)認(rèn)真、小心操作；
b.降低泵送液體壓力；
c.調(diào)整壓縮量；
d.加大封油量，降低密封溫度；
e.改進(jìn)環(huán)境，防止摩擦副潤(rùn)滑不良造成扭矩過(guò)大；
f.仔細(xì)裝配，避免密封咬死、卡住。
2.1.2密封面扭曲
原因可能有：a.壓蓋螺栓上的松緊不均或過(guò)緊，夾持應(yīng)力過(guò)大；
b.冷卻不好，有不均勻熱應(yīng)力；
c.泵操作壓力過(guò)高，超出設(shè)計(jì)；
d.附助密封膨脹；
e.密封面制造不平直；
f.密封面間有雜物；
g.密封環(huán)支撐面不合適。
預(yù)防糾正措施有：a.調(diào)整壓蓋螺栓扭矩至均勻、合適力度；
b.調(diào)整冷卻或沖洗液流量，保證密封面有足夠的冷卻和潤(rùn)滑，并除去流體中雜質(zhì)；
c.降低泵的操作壓力；
d.改變輔助密封結(jié)構(gòu)和材料；
e.將密封面重新加工平直；
2.1.3密封面有擦傷和刻痕
原因有：制造或裝配時(shí)掌握不好；密封面進(jìn)入顆粒物?？蓹C(jī)械或人工研磨消除刻痕或擦痕；改善密封環(huán)境，消除流體中的顆粒物。
2.1.4密封環(huán)切邊
原因可能有：a.軸振動(dòng)大或泵壓力太高；
b.軸彎曲；
c.密封面與軸線不垂直。
預(yù)防糾正措施有：a.降低軸振動(dòng)值；
b.降低泵操作壓力；
c.消除軸的彎曲變形。
d.保持密封面和軸線垂直。
2.1.5密封環(huán)粘著磨損：密封面有嚴(yán)重磨痕，表面有較光滑溝槽。原因是：密封面潤(rùn)滑冷卻不良，局部溫度過(guò)高；密封比壓過(guò)大；密封面硬度不合適。應(yīng)加強(qiáng)沖洗、冷卻；減小密封比壓；提高密封面硬度。
2.1.6密封面磨粒磨損：固體顆粒沉積在密封環(huán)或其附近，硬環(huán)密封面上出現(xiàn)有規(guī)則的槽痕，軟環(huán)密封面上磨痕不均勻。
預(yù)防糾正措施有：a.密封面使用較硬的耐磨材料，如碳化硅、碳化鎢等；
b.采用雙端面密封和潔凈的封液（油）；
c.單獨(dú)引入潔凈的封油，替代引自泵本身的液體封油；
d.通過(guò)過(guò)濾設(shè)施，濾去自身封油中的顆粒物后，再引入密封箱。
2.1.7密封面嚴(yán)重磨損、開裂、變色和過(guò)熱
原因是密封面間無(wú)液體或液體不足，密封干運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)在啟動(dòng)前灌泵時(shí)排干凈氣體；排除影響泵吸入流量和壓頭的故障，如過(guò)濾器堵塞、入口閥開度不夠、入口液體溫度高、壓頭低等。
2.1.8碳石墨環(huán)沖蝕：由于潤(rùn)滑沖洗液入口流速過(guò)高、液體中有顆粒物，碳石墨環(huán)表面被沖蝕。
預(yù)防糾正措施有：a.潤(rùn)滑沖洗液管線加限流孔板；
b.使用潔凈的封油；
c.通過(guò)過(guò)濾設(shè)施，濾去自身封油中的顆粒物后，再引入密封箱；
d.遮蔽密封環(huán)。
2.1.9輔助密封件物理?yè)p壞：○型環(huán)、V型環(huán)或J型環(huán)、波紋管等輔助密封件的切口、擦痕、刻痕、撕裂等損壞，都能導(dǎo)致密封失效。
原因可能有：安裝經(jīng)驗(yàn)不足；使用不當(dāng)；飛邊、臺(tái)階棱、鍵槽等將密封件劃傷；制造有缺陷。宜針對(duì)原因處理。
2.1.10○型環(huán)、V型環(huán)或J型環(huán)等輔助密封件擠出
原因是軸和○型環(huán)、V型環(huán)或J型環(huán)環(huán)槽尺寸不正確，元件間隙過(guò)大；元件組裝時(shí)用力過(guò)大；壓力太高?？舍槍?duì)具體原因處理。
2.1.11扭矩過(guò)大造成波紋管失效
原因有：密封面缺乏潤(rùn)滑，摩擦力大；壓縮量過(guò)大。
2.1.12金屬波紋管疲勞失效
原因有：泵軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)大；存在共振現(xiàn)象；轉(zhuǎn)動(dòng)件和密封箱未對(duì)中。
預(yù)防糾正措施有：消除可能產(chǎn)生振動(dòng)的轉(zhuǎn)子不平衡、軸彎曲、軸和聯(lián)軸器未對(duì)中等問(wèn)題；避免共振；裝配時(shí)保持動(dòng)靜元件對(duì)中好。
2.1.13彈簧變形、斷裂：彈簧旋向和泵的轉(zhuǎn)向不正確，彈簧就會(huì)松開、打滑、變形、開裂、斷裂。必須保證單向彈簧總是夾緊軸套或動(dòng)環(huán)且配置合適。
2.1.14傳動(dòng)失效：主要有傳動(dòng)銷磨壞和斷裂；傳動(dòng)凸耳磨損；傳動(dòng)螺釘和卡箍失效。
原因有：a.密封組件卡住；
b.泵軸向串量太大；
c.軸承失效；
d.密封面潤(rùn)滑差；
e.泵操作壓力過(guò)高；
f.軸彎曲大；
g.軸振動(dòng)過(guò)大。
預(yù)防糾正措施有：a.防止?jié)櫥瑳_洗液中斷；
b.減小軸向串量；
c.保持緊釘螺釘緊力，使密封元件不在軸套上滑動(dòng)；
d.檢查軸承；
e.降低操作壓力；
f.校直彎曲的軸；
g.降低軸振動(dòng)。
2.1.15彈簧失彈（密封擱?。蚩赡苡校汗腆w顆粒堆積；封油氧化、高溫碳化、腐蝕產(chǎn)物和分解產(chǎn)物沉積；
預(yù)防糾正措施有：a.對(duì)于有沉積物的介質(zhì)，多用金屬波紋管密封、大彈簧密封，少用小彈簧密封；
b.采用可攜帶走沉積物的潤(rùn)滑沖洗液或蒸汽，防止產(chǎn)品熱分解；
c.在密封結(jié)構(gòu)上保持彈簧處清潔干凈；
d.軸套靠近彈簧處采用硬面，避免軸套機(jī)械損壞。
2.2從熱損壞判斷機(jī)封故障原因
2.2.1密封環(huán)熱裂：密封面受高磨擦、高熱，產(chǎn)生熱應(yīng)力過(guò)大，金屬或陶瓷密封面出現(xiàn)徑向裂紋，呈由中心向外發(fā)射狀。原因是：
a.缺乏合適的潤(rùn)滑；
b.密封面間液膜汽化；
c.缺乏合適的冷卻；
d.pV值過(guò)大。
預(yù)防糾正措施有：a.保證密封面處有足夠流量的潤(rùn)滑冷卻液帶走密封產(chǎn)生的摩擦熱和泵送熱流體傳導(dǎo)的熱量，一般潤(rùn)滑冷卻液流過(guò)軸封箱的溫升應(yīng)小于22℃，軸封箱壓力應(yīng)高于流體在該溫度下的飽和蒸汽壓約1.7Kg/cm2；
b.密封壓縮量在合理范圍，尤其注意計(jì)入軸向串量的變化；
c.采用抗熱、耐振能力好，具有高pV值的碳化鎢、碳化硅作密封面材料。
2.2.2機(jī)封汽化泄漏
原因是：操作壓力超高；密封冷卻潤(rùn)滑不足；密封面變形。
預(yù)防糾正措施有：a.改善密封面冷卻潤(rùn)滑狀況；
b.盡量采用窄密封面的密封環(huán)，以減少摩擦熱；
c.檢查封油（冷卻液）線是否堵賽；
d.機(jī)封壓縮量在設(shè)計(jì)范圍，即保證在合理的pV值下工作。
2.2.3密封環(huán)表面剝落、皰疤
原因是：a.密封面干磨；局部突然過(guò)熱膨脹；
b.碳石墨環(huán)熱應(yīng)力過(guò)大；
c.粘性液體摩擦產(chǎn)生高熱；
d.碳石墨環(huán)內(nèi)浸漬劑汽化膨脹造成隆起皰疤；
e.頻繁開停車造成局部過(guò)熱，形成高應(yīng)力，材料破壞。
預(yù)防糾正措施有：a.防止干運(yùn)轉(zhuǎn)；
b.選用雙斷面密封，采用熱虹吸或強(qiáng)制循環(huán)冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)；
c.保持產(chǎn)品低粘度；
d.避免頻繁開停車；
e.采用無(wú)孔隙和浸漬劑的碳化鎢和碳化硅密封材料代替碳石墨。
2.2.4機(jī)封摩擦副處氧化、結(jié)焦，并很快磨損和密封擱住
原因是：烴介質(zhì)氧化或化學(xué)分解；大氣側(cè)有碳化現(xiàn)象。
預(yù)防糾正措施有：a.采用低壓蒸氣背冷防止焦蠟產(chǎn)生和固化；
b.引入沖洗液消除摩擦副處結(jié)焦；
c.采用軸封箱夾套冷卻；
d.將機(jī)封軟環(huán)更換成耐磨的硬密封材料。
2.2.5鑲嵌環(huán)松脫：由于鑲嵌環(huán)過(guò)盈配合選擇不當(dāng)，在工作時(shí)的高溫下鑲嵌環(huán)松脫，造成機(jī)封泄漏。
預(yù)防糾正措施有：a.改用整體硬質(zhì)合金環(huán)；
b.正確選用該材料工作溫度下的配合過(guò)盈量；
c.采用膨脹系數(shù)接近的材料做成鑲嵌環(huán)和環(huán)座，以減少溫度的影響。
2.2.6輔助密封環(huán)（○型環(huán)、V型環(huán)或J型環(huán)）過(guò)熱變脆、產(chǎn)生開裂、永久變形彈性消失
原因有：a.軸和軸承箱過(guò)熱；
b.密封面過(guò)載產(chǎn)生大量的摩擦熱導(dǎo)致過(guò)熱；
c.輔助密封環(huán)材料選用不正確；
預(yù)防糾正措施有：a.保持密封箱冷卻循環(huán)液暢通，管路無(wú)堵塞結(jié)垢；
b.檢查泵有無(wú)抽空、干運(yùn)轉(zhuǎn)；
c.檢查輔助密封環(huán)（○型環(huán)、V型環(huán)或J型環(huán)）材質(zhì)是否滿足使用溫度要求；
d.采用耐高溫的金屬波紋管。
2.3從化學(xué)腐蝕判斷故障原因
2.3.1密封環(huán)整體腐蝕：碳石墨環(huán)與產(chǎn)品接觸區(qū)受腐蝕作用侵蝕，整體呈現(xiàn)腐蝕、咬蝕、剝落、蜂窩狀或掉皮，碳石墨環(huán)硬度下降。原因是碳石墨環(huán)與泵送液體性質(zhì)不相容，應(yīng)該重新選擇密封環(huán)材料；或采用雙端面密封，用沖洗液隔離腐蝕環(huán)境；或采用單端面密封加襯套、沖洗液。
2.3.2密封環(huán)浸析腐蝕和結(jié)晶：浸析或結(jié)晶物聚集在密封面邊緣，有時(shí)嵌在軟環(huán)內(nèi)，密封面磨損很快。原因可能是浸析使密封環(huán)受化學(xué)侵蝕 或泵送液體因受熱結(jié)晶?？筛挠每菇g材料；用蒸汽、熱水、封油、溶劑作機(jī)封背冷以溶解或沖走結(jié)晶物。
2.3.3金屬表面腐蝕：由于整體腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕等各種腐蝕作用，密封環(huán)、彈簧、軸套、組裝套等元件失效，應(yīng)選用耐蝕性好的不銹鋼材料。
2.3.4輔助密封圈(一般是○型、V型或J型)受泵送液體化學(xué)浸蝕,體積膨脹或收縮,密封圈功能喪失造成泄漏。應(yīng)檢查密封圈材料選用和尺寸是否正確。
2.3.5彈簧、波紋管應(yīng)力腐蝕：縱向焊縫軋制金屬波紋管和彈簧在受力狀態(tài)下處于腐蝕環(huán)境中，易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。腐蝕的原因是加工工藝中的焊縫熱處理不好；材料防腐蝕能力不夠。應(yīng)改進(jìn)熱處理工藝；選用高一級(jí)的材料。
2.4從密封面磨損圖像判斷故障原因
2.4.1機(jī)械密封動(dòng)、靜兩密封面一般由一軟一硬兩個(gè)密封環(huán)組成（有時(shí)也用兩個(gè)硬環(huán)，俗稱“硬碰硬”），其中軟環(huán)比硬環(huán)窄。如果硬環(huán)密封面外徑處接觸磨損較重，軟環(huán)的外緣可能有切邊。在運(yùn)行壓力低時(shí)穩(wěn)定少量泄漏，在較高壓力下不漏或漏量很少?？赡艿脑蚴牵好芊饷嫜心ゲ黄剑挥蓹C(jī)械效應(yīng)造成密封環(huán)變形；密封面間侵入外來(lái)雜質(zhì)等。
2.4.2硬環(huán)密封面內(nèi)徑處接觸磨損較重，軟環(huán)的內(nèi)緣可能有切邊，密封面形成錐角?？赡苁敲芊猸h(huán)熱變形，應(yīng)改善密封的冷卻或更換密封材料。
2.4.3硬環(huán)密封面上接觸磨損的寬度遠(yuǎn)大于軟環(huán)寬度，泵靜止時(shí)密封不漏，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)連續(xù)滴漏?？赡艿脑蚴牵罕脤?duì)中不好；軸彎曲；軸承間隙大或損壞；泵振動(dòng)或汽蝕；泵憋壓；靜環(huán)偏心或未對(duì)中。
2.4.4靜環(huán)上有一處或幾處高點(diǎn)接觸，動(dòng)靜密封面互相不平行。可能的原因是：泵軸對(duì)中不好；機(jī)封壓蓋和靜環(huán)接觸處有毛刺或溝槽；機(jī)封壓蓋變形（可能螺栓扭矩過(guò)大），動(dòng)、靜環(huán)密封面平直度不夠；防轉(zhuǎn)銷位置不正確或靜環(huán)槽過(guò)淺等。
2.4.5密封面偏心接觸，靜環(huán)上有偏心接觸圖像，如果靜環(huán)無(wú)破損，動(dòng)環(huán)上無(wú)異常磨損。一般是動(dòng)環(huán)未對(duì)中，可能的原因是：動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和間隙不正確；軸套外徑和軸封箱內(nèi)徑不同心。
2.4.6壓蓋螺栓處有密封面接觸圖像，在每個(gè)螺栓位置靜環(huán)密封面上，有機(jī)械變形高點(diǎn)，動(dòng)環(huán)情況正常，機(jī)封在靜止和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)均有連續(xù)泄漏。原因是螺栓過(guò)緊造成壓蓋變形,應(yīng)更換壓蓋墊片，保證墊片全面接觸，防止壓蓋變形。
2.4.7硬環(huán)高度磨損，軟環(huán)使硬環(huán)磨出360°的均勻深槽。原因是密封面間無(wú)潤(rùn)滑液體，可能是灌泵時(shí)泵未灌滿；循環(huán)沖洗線或封油線堵塞；封油罐未加封油等。
2.4.8硬環(huán)磨損嚴(yán)重或產(chǎn)生360°熱裂紋，軟環(huán)高度磨損，有時(shí)大氣側(cè)有碳石墨粉積聚。原因是密封面摩擦熱量大、產(chǎn)品溫度高，冷卻液大量汽化，應(yīng)該加強(qiáng)密封面的沖洗和冷卻，降低密封面溫度，改變材質(zhì)或改變密封結(jié)構(gòu)。
3結(jié)束語(yǔ)
隨著材料和制造技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械密封的可靠性有了極大的提高，現(xiàn)在機(jī)械密封本身可以無(wú)故障運(yùn)轉(zhuǎn)多年。單純由于機(jī)封本身原因造成機(jī)泵泄漏的情況并不很多。處理機(jī)泵泄漏問(wèn)題時(shí)，我們一定要綜合考慮泵的安裝精度、操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件、機(jī)封裝配精度等方面因素，查清原因，有針對(duì)性的解決存在的問(wèn)題。