炼油厂离心泵机械密封失效的原因及对策

　　摘要：作为一种依靠弹性元件、介质压力密封动环端面、静环端面的密封部件，机械密封在炼油厂离心泵轴封中较为常用。文章简单介绍了炼油厂离心泵机械密封失效的表现，论述了离心泵机械密封失效的原因，并提出了几点应对策略，希望为炼油厂离心泵机械密封可靠发挥功效提供科学的借鉴。

　　2021 年上半年，中国炼油行业生产效益较为显著，上半年原油加工量较2020 年同期增长12.34%，一次装置开工负荷率自始至终处于较高水平。离心泵机是炼油行业的主要用装置，可以有效去除炼油污水中的乳化油等杂质，多选择弹簧式机械密封方式。由于离心泵所处运行环境较为恶劣，极易因操作不当、泵轴弯曲、振动过量等因素出现机械密封失效问题，导致有害液体或气体介质扩散，威胁生产环境及人员安全。因此，探究炼油厂离心泵机械密封失效的应对策略具有非常重要的意义。

　　1　炼油厂离心泵机械密封失效的表现

　　以石油化工常用立式高速离心泵为例，一般立式高速离心泵包括强制润滑系统、电机、泵体、增速箱、密封液循环系统等部分。其中润滑系统主要为离心泵运动提供良好环境；电机主要为离心泵提供动力；泵体主要负责离心泵主体运转；增速箱为二级齿轮增速，高速轴可以达到12532r/min 的转动速度；油质机械密封循环系统位于高速轴上，包括弹簧、弹簧座、推环、动环（硬质合金）、静环（浸渍树脂合金）、辅助楔型密封圈（聚四氟乙烯）几个部件，可以有效密封润滑油；而泵体部分轴封则为介质机械密封，为多弹簧、内流、静止式平衡双端面密封，静环、动环数量分别为2 个和1 个。泵入口压力、出口压力分别为0.02MPa、3.36MPa，介质为丁烯，介质温度为-10.00℃。

　　在上述立式高速离心泵运行过程中，频繁发生机械密封泄露失效停车事故。解体后发现机械密封辅助楔型密封圈形状异变，静环端面出现过度磨损，动环端面粘附有石墨粉，颜色为黑色。虽然在初期进行了机械密封部件的更换，但是效果不佳，对装置的稳定生产造成了较大的负面影响。

　　2　炼油厂离心泵机械密封失效的原因

　　2.1　操作不当

　　操作不当是炼油厂离心泵机械密封失去实际效用的主观原因，多表现为离心泵启动前期未正确打开入口阀、泵前池液体抽空等。其中离心泵启动前期未正确打开入口阀会直接造成机械密封润滑缺失，陷入干摩擦失效状态；泵前池液体抽空则会造成机械密封面缺乏介质，陷入干摩擦失效境况。特别是对于自吸污水离心泵，一旦启动时无介质，机械密封就会因干摩擦而失效。

　　2.2　泵轴弯曲

　　作为一种旋转轴向的接触式动密封模式，炼油厂离心泵机械密封主要依靠流体介质、弹性元件密封端面，两个密封端面相较于轴心线呈90°，且处于相对旋转状态，只有2 个机械密封端面所承受压力相等，才可以达到良好的密封效果。而在泵轴发生弯曲问题时，机械密封安装端面挠度会超标，致使密封面承受压力失衡，加剧密封面泄露失效问题出现。

　　2.3　振动过量

　　在多数炼油厂离心泵运行过程中，无时无刻不在振动，与制造不科学、安装不合理、转子不平衡、轴承不完整、机泵不同心具有较大关系。而炼油厂离心泵振动情况的出现，会导致硬质合金的动环与浸渍树脂合金的静环发生偏离，甚至完全分离，机械密封面液体密封膜完整性不再，极易因杂质颗粒入侵而出现过度磨损失效。

　　2.4　气体腐蚀

　　离心泵入口位置气体腐蚀现象是泵机械密封失效的主要原因，与装置操作不合规、温度超出标准值、泵入口气蚀性能不佳、泵运转速度过快等具有较大关系。在离心泵入口位置发生气体腐蚀现象后，液体介质内会源源不断地涌现气体泡沫，气体泡沫会进入密封面液体密封膜上，干扰密封面密封膜的形成，并对机械密封表面进行持续冲击，加剧机械密封失效。

　　3　炼油厂离心泵机械密封失效的对策

　　3.1　规范操作

　　在离心泵操作过程中，相关方应严格遵循操作规范，从泵启动环节着手，进行合规操作，保证离心泵油室腔内润滑油面高度在动环、静环密封面以上，规避因泵机械密封面润滑度不足而引发干摩擦、拉毛两个密封端面情况。若离心泵机械密封面存在外冲洗冷却水，则需要在启动前期进行冷却水的启动。待外冲洗冷却水流量、压力达到标准要求后，再启动离心泵。同时为了消除摩擦热负面影响，相关方可以优选净化后清洁蒸汽或其他液体，对摩擦副进行冲洗，或者利用过滤的方式滤除介质中悬浮颗粒、杂质，为机械密封顺利运行提供帮助。需要注意的是，在冲洗操作时，相关方应预先配置冲洗液管道过滤器，并对冲洗液管道过滤器清洁度进行检查。在确定冲洗液管道过滤器清洁度的情况下，相关方可以在冲洗液管道适当位置设置止逆阀，避免冲洗液逆行运转。此外，相关方应保证离心泵运行期间电量的正常、平稳供应，避免因骤然发生供电停止情况而引发机械密封泄损坏失效。

　　3.2　校正泵轴

　　针对泵轴弯曲导致的离心泵机械密封失去实际效用问题，维修方应从泵轴弯曲控制着手，第一时间更换与泵轴配套的磨损轴套。同时对转子进行动平衡操作，若无法通过动平衡操作完成泵轴校正，则维修方可以进行新泵轴的更换。

　　在长时间运行过程中离心泵转子会发生轴向窜动问题，导致辅助密封、泵轴之间过盈量超标，泵轴上动环移动卡滞，特别是泵翻转后动环、静环在无足够补偿位移的情况下磨损加剧。为避免上述问题出现，相关方应在每间隔一定时期检查监控的基础上，从离心泵机械密封装配环节着手，控制泵轴的轴向窜动量在0.10mm 以内。并根据径向密封要求，调整辅助密封、泵轴过盈量至适当水平，确保装配后动环压向弹簧时可以自由回弹。

　　此外，对于小型排污离心泵来说，其密封失效极易引发动环辅助密封圈位置、弹簧位置、静环位置磨轴现象，与双端面机械密封反压吸入杂质颗粒、辅助密封受酸性物质或碱性物质影响而失效、橡胶波纹管上端密封面干摩擦（动环与静环摩擦力矩超出橡胶波纹管与轴传递转矩）等具有较大关系。针对上述问题，相关方应在选择清洁合规润滑油的基础上，定期清洁下端盖、油室。根据使用介质的差异进行机械密封结构的调整。比如，对于腐蚀性介质，可以选择耐酸碱腐蚀性能较佳的氟橡胶，并将防转销增设到机械密封静环适当位置。

　　3.3　控制振动

　　为降低炼油厂离心泵振动幅度，维修方可以离心泵、驱动电机同心度轴向、径向控制为着手点，控制两者分别在0.20mm、0.04mm 以内。为避免转子周期性振动，相关方可以从定子与上端盖对中不平衡、定子与下端盖对中部平衡、叶轮与主轴不平衡、轴承过度磨损等方面着手，进行逐一纠正。在纠正上述问题的基础上，相关方可以对机械密封位置结构进行进一步优化，比如，将金属台肩增设到离心泵外壳体扣合面、端盖扣合面，阻挡流体、摩擦颗粒冲刷密封元件；再如，对于面积较大的密封垫片，相关方可以依据分体思维，利用“内圈+ 外圈”的密封垫代替端盖位置一圈的密封垫，充分发挥密封垫作用，避免离心泵机械密封件因局部运动不均而发生振动。

　　在现场操作过程中，维修方应注意观察，及时发现并记录振动源，规范设置振动源控制方案，从源头解决炼油厂离心泵机械密封失效问题。比如，定期检查地脚螺栓紧固性，及时进行紧固操作，确保电机无负荷试运行阶段振动位移在 0.06mm 以内。

　　3.4　及时排气

　　为避免气体腐蚀对离心泵机机械密封实际效用发挥的负面影响，维修方应将排气阀设置在泵体顶点位置，以便在发现空气腐蚀现象时及时将多余气体排除。一般排出的气体量应超出离心泵设计阶段气蚀裕量最小值，并控制常规压力下介质温度在80℃以下。在维修保养作业结束后，相关方应将水体满注离心泵，避免空气进入离心泵机械密封件发生腐蚀问题。

　　除了排气操作外，相关方还可以从离心泵结构改造入手，适当提高叶轮入口直径、扩大泵入口直径，或利用相当于2 个单吸叶轮入口面积的双吸叶轮，将叶片端部背面削薄，并增设诱导轮，为液体顺利进入叶轮提供动能。或者利用铜合金代替传统叶轮材料，并将聚氨酯、环氧树脂等非金属涂料涂抹在叶轮表面，降低叶轮气蚀概率。同时尽可能控制泵吸上高度，缩短吸入管长度，减少弯头与阀门量。鉴于离心泵大流量运行期间空气腐蚀现象出现风险较高，相关方应从流量控制着手，将流量降低 1 倍左右。需要注意的是，在流量调节时，相关方应避免选择吸入管路阀门直接调节方式，而是利用泵出口阀门进行流量的调节。

　　4　结语

　　综上所述，操作不当、泵轴弯曲、振动过量、气体腐蚀等是炼油厂离心泵机械密封失效的原因，隶属于主观、客观两个范畴。维修方应严格按照规范操作，发现振动问题及时解决。并根据故障表现以及所发现的原因，进行针对性解决，确保离心泵机械密封部件正常发挥密封效果。

　　（作者单位：青海油田格尔木炼油厂机修车间）