根據宏觀現象判斷離心泵機械密封狀況

2013-11-07 周龍神華寧夏煤業集團煤炭化學工業分公司烯烴公司

　　離心泵的長周期穩定運行直接關乎到企業的安全生產和經濟效益，筆者闡述了根據宏觀現象判斷離心泵機械密封狀況的具體方法。

　　作為化工生產中主要設備之一的離心泵，其機械密封的好壞直接關系到操作工的人身安全和企業的經濟效益，根據宏觀現象判斷機械密封的狀況，然后排除故障便成了安全、穩定生產的重要保證。

1、機械密封簡介及常用的密封沖洗方案

　　機械密封又稱為端面密封，是旋轉軸用動密封，靠一對或幾對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力作用下保持結合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置，其主要優點是性能可靠。泄漏量小，使用壽命大，功率低，不需要經常維修，且能適應于生產過程中自動化和高溫、低溫、真空、高速以及各種強腐蝕介質等苛刻工況的密封要求。隨著科技的發展和社會的進步，API標準規定機械密封必須100%是集裝式機械密封，集裝式機械密封的主要優點是出廠的時候就已經設定好了動、靜環之間的初始預緊力，在使用的時候不需要再進行設定，這樣也就避免了因為安裝工人水平有限造成在安裝時如果預緊力過大密封壽命減短或者預緊力較小使用效果不理想的問題。

　　機械密封最主要的部件是由硬性材料做成的動環(如SiC)和軟質材料做成的靜環(一般是石墨)，工作時由于它們之間有相對運動，避免不了會產生摩擦熱，為解決這一問題，經常用泵送介質或者其他液體對密封面進行及時冷卻。根據離心泵輸送介質的特性，大部分離心泵用機械密封常用的沖洗方案主要有PLAN11、PLAN13、PLAN14、PLAN21、PLAN52、PLAN53以及PLAN62中的一個、兩個或者多個沖洗方案的組合。

2、單端面機械密封沖洗方案

　　2.1、PLAN11方案

　　采用單端面機械密封，沖洗方案為PLAN11的泵一般用來輸送比較清潔無污染，泄漏出來沒有什么大的危害但有一定的壓力的介質。在該方案下，一般遇到的泄漏問題相對比較簡單，那就是如果密封端有介質泄漏出來的話，則說明該泵的機械密封已經被損壞了，根據泄漏量的大小以及工況決定是否應該對機械密封進行更換。

　　2.2、PLAN21方案

　　采用單級機械密封，沖洗方案為PLAN21的泵一般用來輸送比較清潔無污染但是溫度較高的介質。從泵出口引出一部分介質外經冷卻器(一般用水冷)冷卻后回到密封腔，對密封進行沖洗和冷卻。

　　在該方案下，泵運行過程中可能發生的宏觀現象有:泵密封端有介質泄漏出來，則說明該泵的機械密封已經被損壞，根據情況決定是否需要更換機械密封;機械密封溫度很高而密封端又沒有泄漏任何介質。

　　機封溫度很高而密封端又沒有介質泄漏有兩個可能:一是冷卻水冷卻效果不好，沖洗介質沒有得到很好的冷卻;二是冷卻器內盤管損壞，由于密封介質壓力大于冷卻水的壓力導致密封液全部流到冷卻水管中。對這兩種情況最好的區分方法就是檢查沖洗液從冷卻器進至泵內的這段管線溫度是否過高，如果高則說明是冷卻器盤管的問題，反之則是冷卻水量比較小。

　　另外，在部分裝置采用該方案的離心泵上通常后綴PLAN62方案，通常用冷卻循環水作為該方案的沖洗介質，目的是防止當機械密封出現嚴重損壞現象時介質泄漏出來對人身造成燙傷傷害。

　　2.3、PLAN11+PLAN62方案

　　泵密封為單級密封并且被用來輸送有毒有害易腐蝕及有顆粒的介質時，常選用的沖洗方案為PLAN11+PLAN62。該方案的具體沖洗路線為從泵的出口引一股介質對密封進行沖洗然后流至泵腔內，另外再接一路蒸汽或者冷卻水對泄漏出來的少量介質進行稀釋、防止結晶并將其沖走，以防對人身造成傷害。

　　現場可能見到的現象為當關閉PLAN62方案的介質時，泵送介質泄漏至環境中或者冷卻水的回水量明顯大于進水量，則說明機械密封已經遭到了破壞，需要盡快更換機械密封。

3、雙端面機械密封沖洗方案

　　3.1、無壓雙機械密封

　　3.1.1、PLAN11+PLAN52方案

　　當泵所輸送的介質為易燃易爆易腐蝕的介質，不允許其向環境中有任何泄漏的情況時，通常采用無壓串聯機械密封，其沖洗方案為PLAN11+PLAN52。該方案的具體沖洗路線為從泵出口引一股介質對主密封冷卻沖洗，另外帶有一個專門用來存儲密封液的虹吸罐，儲存在虹吸罐里面的沖洗液通過熱虹吸原理循環對第二級密封進行冷卻沖洗，若泵的轉速比較高或者當軸徑比較大時，產生熱量比較快通常在第二級密封的動環上帶有泵送環(泵效應環)，在整個循環過程中，70%的循環動力來自于熱虹吸，泵送環補充30%的循環熱動力。該方案是目前化工裝置中最為常見的一種密封沖洗方案，例如輸送甲醇、汽油、丙烯以及液態烴等離心泵都采用該方案。

　　泵運行過程中如果虹吸罐液位有較大幅度的上升或者帶壓現象，此時操作畫面上會有虹吸罐液位或者壓力高報警。在該情況下:將泵切換至備用泵，停下該泵后關閉沖洗液用的冷卻水上、回水閥，在盤車的同時打開虹吸罐底部(頂部)閥進行泄壓(降液)，如果壓力能泄至0或者液位能穩定且再次投用冷卻循環水后液位無變化，則說明泵在曾經運行或者停泵時出現過振動現象，使得一級動靜環面非100%接觸運行，引起某一瞬間的泄漏，可通過將液位、壓力調回到正常值后備用或者運行;若再次投用冷卻循環水后液位有變化，則說明虹吸罐盤管損壞;如果在盤車的同時打開底部(頂部)閥時不能泄壓至0或液面回到正常值，則說明第一級機械密封損壞，根據實際情況決定是否對機械密封進行維修或者更換。

　　泵運行過程中如果有介質或者沖洗液泄漏至環境中，通過觀察泄漏位置作出判斷:沿著軸泄漏出來，說明是軸與軸套間的O形圈損壞;在機械密封端面處(機械密封與泵接觸的地方)泄漏，說明是該處的O形圈損壞;從驅動環處泄漏出來，說明至少第二級密封損壞，根據實際情況決定是否對機械密封進行維修或者更換。

　　另外，根據介質的特性，考慮到兩級機械密封同時損壞時，介質泄漏至環境中所造成的危害，例如當介質為乙烯時，部分機械密封在PLAN11+PLAN52的基礎上增加PLAN62方案，通過利用氮氣稀釋可能泄漏的乙烯外同時防止結霜進一步損壞機械密封。

　　3.1.2、PLAN13+PLAN52方案

　　該方案與PLAN11+PLAN52的輸送介質特性相同或者相近，區別在于第一級沖洗方案，通常情況下當泵為立式泵時，例如槽罐泵、高速泵上選用的都是該方案。其中PLAN13方案的沖洗路線為，從泵腔體內引一股液體對機械密封端面進行冷卻沖洗，然后返回至入口。在啟泵前盤車時可通過返回至入口的管線將泵腔體內的不凝氣通過入口高點排出。

　　在該方案下，泵運行過程中可能遇到的宏觀現象與PLAN11+PLAN52方案一樣，根據對密封的判斷確定問題。

　　3.1.3、PLAN14+PLAM52方案

　　一般輸送輕烴類的離心泵時，采用無壓雙重密封，選用的沖洗方案為PLAN14+PLAN52。漿泵出口引出一股介質對密封進行沖洗，然后將產生的氣體排出到泵入口端。這種情況下，出現的宏觀現象與PLAN11+PLAN52方案一樣，根據對密封的判斷，確定問題。

　　3.2、有壓雙重機械密封

　　無壓機械密封是針對泵送介質可以允許有少量泄漏然后將其排至火炬燒掉，對于部分不能通過排至火炬燒掉的介質，例如三乙基鋁等介質，此時機械密封的形式與無壓雙重機械密封有所不同，第一級與第二級機械密封的布置采用背靠背式，沖洗方案為在PLAN52基礎上給虹吸罐加壓即PLAN11+PLAN53方案，使得密封液壓力高于泵腔內的10%左右，這樣一旦機械密封損壞，虹吸罐里面的密封油將會泄漏至泵腔內，中控室有虹吸罐液位低報警，便知道密封已損壞。該方案下，一般常見現象為虹吸罐密封油液位下降，到現場觀察如果密封油沒有泄漏到泵外，則說明是第一級密封壞了。相反，如果發現漏至泵外，則說明是第二級機械密封已損壞，應及時對密封進行更換。

4、機械密封失效泄漏的原因分析

　　機械密封失效的主要形式是動、靜環之間的磨損失效。動、靜環之間的緩沖補償一般是由彈簧的彈力提供，所以初始值的設定將決定其壽命的長短。

　　工藝條件不穩定和安裝不良造成的震動、離心泵抽空氣化、瞬間斷流都會導致機械密封動、靜環之間的液膜破壞，使機械密封在無潤滑條件下干態運行，密封環溫度迅速上升，有的直接燒毀，有的則因為泵恢復正常工作狀態時被急劇冷卻，形成熱沖擊而破裂。除此之外，沖洗流體和沖洗條件不良，也會對機械密封形成沖擊，致使機械密封遭到破壞。

　　機械密封密封圈失效也是密封失效的主要原因之一。

　　在裝配機械密封前清洗不徹底，碰、劃傷元件;裝配不到位;彈簧裝偏、緊固螺釘沒擰緊以及拆卸時損壞等，都是機械密封損壞的原因。