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【摘 要】 本文对泵机械密封的典型故障进行分析，并对故障原因进行深入的分析，并从设计、维修和维护等方面提出建议，以资参考。
【关键词】 泵机械密封;典型故障;原因;维修
引言：
目前化工装置具有大型、连续的特点，而且具有易爆、易燃、腐蚀和有毒等介质性质，因此对安全生产做好密封工作特别重要。在这种形势下机械密封也正逐步的发展起来，在补偿机构弹力（或磁力）和流体压力的作用以及辅助密封的配合下，它是相对滑动而构成的防止流体泄漏并由至少一对垂直于旋转轴线的断面保持贴合的装置。
在装置运行中泵是主要动力，但是在实际运行中，来自于机械密封故障占泵维修的一半以上。因此，机械密封的运行好坏对装置的安全运行直接影响，根据多年维护设备的经验，有关机械密封现将常见的泄漏原因及对策总结如下。
一、机械密封的工作原理
机械密封是由静环和动环在垂直于轴的光滑平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成的密封装置，它是靠弹簧等弹性元件和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，端面维持极薄的液体膜达到密封的目的，这层液体膜起着润滑与密封作用。常见机械密封的结构如图1所示。
图1 机械密封结构图
二、机械密封的典型故障及纠正措施
零件检查应按次序进行：收集全部密封元件、检验磨损痕迹、检验密封面、检查密封的传动件、检查弹性元件。根据机械密封磨损的类型，液体介质的性质、温度、压力等因素综合分析，常见机械密封典型故障及处理方法如下。
（一）端面变形
故障特征：泵启动时，机械密封发生泄漏且泄漏量随时间变化。
磨损现象：将端面在平台上轻研，有变形痕迹。
纠正措施：自然时效变形，重新研磨;装配不当，重新仔细装配;机泵对中不良、轴承损坏，调整机泵。
（二）汽化（闪蒸）
密封腔中仍有液体当密封面摩擦热集聚时，端面间液膜局部发生沸腾。一旦由于摩擦副中液体重新出现，被急剧冷却，产生非常大的温度应力。汽化所表现的主要症状是发音（间歇震荡）或密封冒烟。窄环外缘切边，密封面上有环状沟纹，端面内缘处有石墨粉尘堆积。
纠正措施：改善循环状况;校核密封设计参数。
（三）干摩擦故障
故障特征：密封处发热，端面间无液体或液体不足。
磨损现象：静环有严重的凹槽和磨损，有擦亮痕迹于硬环表面，或变色和有径向裂纹（热裂）;石墨环有唱片状沟纹;胶圈硬化。
纠正措施：选用导热系数高的硬质材料;选用平衡型密封;改善循环状况;检查排气情况。
（四）颗粒磨损
工作介质中含有磨削性固体颗粒，进人机械密封的密封面。
主要症状：固体颗粒残留或堆积在端面和细小间隙等处。
纠正措施：采用耐磨材质作为端面;改善循环条件，如采用旋液分离器或外部洁净冲洗等。
（五）磨粒磨损故障
故障特征：介质中含有磨削性金属颗粒。磨损现象：固体颗粒残留或堆积在端面和细小间隙等处。
纠正措施：采用耐磨材质作为端面;改善循环条件，采用介质清洁过滤装置，外部洁净冲洗。
（六）结焦
常出现的结焦故障为密封面或高温间过高的压力（尤其烃类）引起的。密封的大气侧因为液膜泄漏量小时，就有结焦倾向，它将造成端面磨损，并阻挠端面的追随。
主要症状：在滑动件的大气侧集聚固体颗粒。
纠正措施：在两种密封之间引入其压稍高于大气压力的蒸汽、氮气等清洁中性流体对密封加热或冷却;改软质端面为硬质端面。
（七）滑移直径损坏
在腐蚀和振动情况下，旋转时产生的轴向振摆使动环失去追随性。
主要症状：在滑移辅助密封圈附近滑移直径上出现严重的腐蚀和麻点（腐蚀氧化层无法形成）。
纠正措施：泵和电机的对中性;检查转子是否平衡;是否弯曲的轴承故障以及轴，消除振动。
（八）抽空
因气穴产生激烈的水力冲击，带动密封轴向振荡而导致泵内密封破坏。
主要症状：非补偿环离位，补偿环可能卡住，圆处掉渣，端面严重磨损，圆周呈波纹状。
纠正措施：改变系统操作工艺，加大冲洗量。
三、注意事项
本身机械密封是一种要求较高的精密部件，对机械加工、设计、使用及装配质量都有很高的要求。
（一）机械密封选型设计
机械密封只能有效地发挥作用于规定的范围内。选型不当，则会使寿命缩短及失效，密封性能显著降低。因此密封选型特别重要，线速度V，密封腔介质压力P，介质的特殊性，密封介质温度T等主要参数应充分考虑，以及泵的各种使用条件和技术要求。
（二）机械密封的安装检修
应按规定进行机械密封检修，注意如下事项：
a）在拆卸、安装机械密封时要仔细，严禁动用扁铲和手锤，以免损坏密封元件;
b）在装配、拆卸过程中泵两端都用机械密封时，防止顾此失彼，要互相兼顾;
c）安装中注意避免所产生的安装偏差：
d）应在联轴器找正后进行上紧压盖，防止压盖端面偏斜，螺栓应均匀上紧，用塞尺检查各点，其允差不超过0.05mm。
e）检查轴或轴套外径与压盖的配合间隙（即同心度），用塞尺检查各点允差不超过0.01mm，四周要均匀。
四、维修案例
某炼化企业装置中输送高温渣油泵的工况参数见表1。
表1
该泵为典型的高温、高压、高速工况，最初密封为单端面高温波纹管密封，配置见图2，采取了API682中PLAN32的外冲洗方案，冲洗介质为70℃蜡油，压力2.2MPa。该密封实际上只能连续运行3个月，频繁维修严重影响了装置的连续运行，也存在着很大的安全隐患。根据前面所述和对损坏零部件的检测，对密封失效的原因分析如下。
（1）虽然有70℃蜡油作为辅助的外冲洗，但由于介质温度较高，受工况波动的影响，密封面处温度仍然较高，较低温度的冲洗液冲洗不足，致使动静环在连续运行一段时间后出现磨损而发生泄漏。
（2）由于介质中含有细小、坚硬的颗粒，虽有外冲洗液，但仍有少量颗粒会进入密封面，加剧了密封面的磨损。
（3）该密封的配置没有自动检测和保护措施，一旦发生泄漏，高温油品很容易引发火灾，安全隐患突出。
图2
从机械密封故障统计的结果可以看出，大部分的密封故障是由运行或维护不当造成的，主要表现在：启动前工艺压力波动，灌泵、排气不彻底，设备在非工作工况运行，密封冷却、冲洗不当或操作失误等。
在日常运行和维护中针对以上问题，应注意以下事项：
a）泵启动前排气应充分，密封腔内保证充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。以防止突然启动而造成软环碎裂，启动前必须盘车，检查是否轻快均匀;
b）检查是否齐全并符合要求安装机械密封及附属装置和管线，是否投用密封辅助系统;
c）热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80℃以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件;
d）泵的操作压力应平稳。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。
五、结束语
总而言之，机械密封的故障是不可避免的，通过建立模式化的故障分析与处理，极大地减少了故障停机时间，降低了维修费用，保障了生产活动的正常进行。
参考文献：
[1]庄晓东.炼厂AY型油泵机械密封使用情况[J].水泵技术，1995，02：47-48.
[2]洪振旻.大亚湾核电站核主泵机械密封泄漏量异常研究[D].上海交通大学，2009.
[3]顾永泉.石油化工泵用机械密封的可靠性分析[J].石油大学学报（自然科学版），1988，03：147-156.
[4]马邦勇，高华，张守森，张瑞康，张勇青.含砂原油输送泵机械密封冲洗方案的改造与应用[J].水泵技术，2013，05：46-48+32.
【关键词】 泵机械密封;典型故障;原因;维修
引言：
目前化工装置具有大型、连续的特点，而且具有易爆、易燃、腐蚀和有毒等介质性质，因此对安全生产做好密封工作特别重要。在这种形势下机械密封也正逐步的发展起来，在补偿机构弹力（或磁力）和流体压力的作用以及辅助密封的配合下，它是相对滑动而构成的防止流体泄漏并由至少一对垂直于旋转轴线的断面保持贴合的装置。
在装置运行中泵是主要动力，但是在实际运行中，来自于机械密封故障占泵维修的一半以上。因此，机械密封的运行好坏对装置的安全运行直接影响，根据多年维护设备的经验，有关机械密封现将常见的泄漏原因及对策总结如下。
一、机械密封的工作原理
机械密封是由静环和动环在垂直于轴的光滑平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成的密封装置，它是靠弹簧等弹性元件和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合，端面维持极薄的液体膜达到密封的目的，这层液体膜起着润滑与密封作用。常见机械密封的结构如图1所示。
图1 机械密封结构图
二、机械密封的典型故障及纠正措施
零件检查应按次序进行：收集全部密封元件、检验磨损痕迹、检验密封面、检查密封的传动件、检查弹性元件。根据机械密封磨损的类型，液体介质的性质、温度、压力等因素综合分析，常见机械密封典型故障及处理方法如下。
（一）端面变形
故障特征：泵启动时，机械密封发生泄漏且泄漏量随时间变化。
磨损现象：将端面在平台上轻研，有变形痕迹。
纠正措施：自然时效变形，重新研磨;装配不当，重新仔细装配;机泵对中不良、轴承损坏，调整机泵。
（二）汽化（闪蒸）
密封腔中仍有液体当密封面摩擦热集聚时，端面间液膜局部发生沸腾。一旦由于摩擦副中液体重新出现，被急剧冷却，产生非常大的温度应力。汽化所表现的主要症状是发音（间歇震荡）或密封冒烟。窄环外缘切边，密封面上有环状沟纹，端面内缘处有石墨粉尘堆积。
纠正措施：改善循环状况;校核密封设计参数。
（三）干摩擦故障
故障特征：密封处发热，端面间无液体或液体不足。
磨损现象：静环有严重的凹槽和磨损，有擦亮痕迹于硬环表面，或变色和有径向裂纹（热裂）;石墨环有唱片状沟纹;胶圈硬化。
纠正措施：选用导热系数高的硬质材料;选用平衡型密封;改善循环状况;检查排气情况。
（四）颗粒磨损
工作介质中含有磨削性固体颗粒，进人机械密封的密封面。
主要症状：固体颗粒残留或堆积在端面和细小间隙等处。
纠正措施：采用耐磨材质作为端面;改善循环条件，如采用旋液分离器或外部洁净冲洗等。
（五）磨粒磨损故障
故障特征：介质中含有磨削性金属颗粒。磨损现象：固体颗粒残留或堆积在端面和细小间隙等处。
纠正措施：采用耐磨材质作为端面;改善循环条件，采用介质清洁过滤装置，外部洁净冲洗。
（六）结焦
常出现的结焦故障为密封面或高温间过高的压力（尤其烃类）引起的。密封的大气侧因为液膜泄漏量小时，就有结焦倾向，它将造成端面磨损，并阻挠端面的追随。
主要症状：在滑动件的大气侧集聚固体颗粒。
纠正措施：在两种密封之间引入其压稍高于大气压力的蒸汽、氮气等清洁中性流体对密封加热或冷却;改软质端面为硬质端面。
（七）滑移直径损坏
在腐蚀和振动情况下，旋转时产生的轴向振摆使动环失去追随性。
主要症状：在滑移辅助密封圈附近滑移直径上出现严重的腐蚀和麻点（腐蚀氧化层无法形成）。
纠正措施：泵和电机的对中性;检查转子是否平衡;是否弯曲的轴承故障以及轴，消除振动。
（八）抽空
因气穴产生激烈的水力冲击，带动密封轴向振荡而导致泵内密封破坏。
主要症状：非补偿环离位，补偿环可能卡住，圆处掉渣，端面严重磨损，圆周呈波纹状。
纠正措施：改变系统操作工艺，加大冲洗量。
三、注意事项
本身机械密封是一种要求较高的精密部件，对机械加工、设计、使用及装配质量都有很高的要求。
（一）机械密封选型设计
机械密封只能有效地发挥作用于规定的范围内。选型不当，则会使寿命缩短及失效，密封性能显著降低。因此密封选型特别重要，线速度V，密封腔介质压力P，介质的特殊性，密封介质温度T等主要参数应充分考虑，以及泵的各种使用条件和技术要求。
（二）机械密封的安装检修
应按规定进行机械密封检修，注意如下事项：
a）在拆卸、安装机械密封时要仔细，严禁动用扁铲和手锤，以免损坏密封元件;
b）在装配、拆卸过程中泵两端都用机械密封时，防止顾此失彼，要互相兼顾;
c）安装中注意避免所产生的安装偏差：
d）应在联轴器找正后进行上紧压盖，防止压盖端面偏斜，螺栓应均匀上紧，用塞尺检查各点，其允差不超过0.05mm。
e）检查轴或轴套外径与压盖的配合间隙（即同心度），用塞尺检查各点允差不超过0.01mm，四周要均匀。
四、维修案例
某炼化企业装置中输送高温渣油泵的工况参数见表1。
表1
该泵为典型的高温、高压、高速工况，最初密封为单端面高温波纹管密封，配置见图2，采取了API682中PLAN32的外冲洗方案，冲洗介质为70℃蜡油，压力2.2MPa。该密封实际上只能连续运行3个月，频繁维修严重影响了装置的连续运行，也存在着很大的安全隐患。根据前面所述和对损坏零部件的检测，对密封失效的原因分析如下。
（1）虽然有70℃蜡油作为辅助的外冲洗，但由于介质温度较高，受工况波动的影响，密封面处温度仍然较高，较低温度的冲洗液冲洗不足，致使动静环在连续运行一段时间后出现磨损而发生泄漏。
（2）由于介质中含有细小、坚硬的颗粒，虽有外冲洗液，但仍有少量颗粒会进入密封面，加剧了密封面的磨损。
（3）该密封的配置没有自动检测和保护措施，一旦发生泄漏，高温油品很容易引发火灾，安全隐患突出。
图2
从机械密封故障统计的结果可以看出，大部分的密封故障是由运行或维护不当造成的，主要表现在：启动前工艺压力波动，灌泵、排气不彻底，设备在非工作工况运行，密封冷却、冲洗不当或操作失误等。
在日常运行和维护中针对以上问题，应注意以下事项：
a）泵启动前排气应充分，密封腔内保证充满液体。对于输送凝固的介质时，应用蒸气将密封腔加热使介质熔化。以防止突然启动而造成软环碎裂，启动前必须盘车，检查是否轻快均匀;
b）检查是否齐全并符合要求安装机械密封及附属装置和管线，是否投用密封辅助系统;
c）热油泵停运后不能马上停止封油腔及端面密封的冷却水，应待端面密封处油温降到80℃以下时，才可以停止冷却水，以免损坏密封零件;
d）泵的操作压力应平稳。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。
五、结束语
总而言之，机械密封的故障是不可避免的，通过建立模式化的故障分析与处理，极大地减少了故障停机时间，降低了维修费用，保障了生产活动的正常进行。
参考文献：
[1]庄晓东.炼厂AY型油泵机械密封使用情况[J].水泵技术，1995，02：47-48.
[2]洪振旻.大亚湾核电站核主泵机械密封泄漏量异常研究[D].上海交通大学，2009.
[3]顾永泉.石油化工泵用机械密封的可靠性分析[J].石油大学学报（自然科学版），1988，03：147-156.
[4]马邦勇，高华，张守森，张瑞康，张勇青.含砂原油输送泵机械密封冲洗方案的改造与应用[J].水泵技术，2013，05：46-48+32.