高压泵机械密封泄露故障处理

高压泵机械密封泄露故障处理

朱金牛

天津海威斯特高压泵制造有限公司    天津市河西区  3002000

摘要：高压泵机械可以说是能化企业的核心设施之一，其运行的效率和安全性会直接影响到企业的收益与安全系数，长期处于负荷运转状态，加之养护管理不当，高压泵机械密封泄露事故时有发生，往往会造成一定的经济损失和影响能化企业的正常运转，甚至于危及工作人员的安全。因此有必要对高压泵机械密封泄露故障的原因进行分析，并根据影响机械密封泄露的因素制定完善的预防和处理机制，确保设备的安全性。

关键词：高压泵；机械密封；泄露故障；处理机制

引言：

以某能化企业的高压泵机械为例进行分析，该企业为煤化工能源企业，并以制造和生产甲醇为主要产品，年产量可以达到60万吨，在能化企业生产过程中，离心泵发挥着重要的分离作用，该机械将煤原料进行离心处理，进而得到初步的甲醇产品，为后续的加工处理提供便利。长期处理高效运转状态，离心泵的养护和管理不当，就会发生严重的密封泄露事故，故此需要对高压泵机械的运行原理和密封状况进行分析，针对密封泄露事故制定管理方案，建立起完善故障处理机制，本文就此进行探析。

1.离心泵机械密封的主要形式

离心泵作为能化企业生产的重要设备，其运行环境相对恶劣，密封性能直接影响到了生产安全和效益的提升，对于离心泵机械密封的形式进行分析还是十分有必要的。不同产能的离心泵型号和功率也存在差异，根据具体的生产经营活动选择适当的机械密封形式。

对于离心泵机械密封的主要形式可以根据离心泵的使用条件以及结构进行分类，其中按照离心泵的使用条件进行分类，可以将其可分为（1）高速密封和普通密封（主要区别在线速度）；（2）高压密封和低压密封；（3）高温密封、常温密封、低温密封；（4）泵用、压缩机和釜用密封；（5）耐腐蚀密封、抗颗粒密封。（2）按照离心泵的结构则可以进行如下分类：（1）旋转式密封和静止式密封；（2）外装式密封和内装式密封；（3）外流式密封和内流式密封；（4）多弹簧密封与单弹簧密封[1]。

2.高压泵机械密封泄露故障状况

本次研究中的高压泵已投入使用6年，并于2019年内发生了7次离心泵机械密封泄露事故，部分泵检修后机械密封投运８ｈ内就彻底失效泄漏。检查机械密封后发现，离心泵动环密封副完全碎裂，部分机械密封更换初期出现间断性泄漏，并且随着运行时间的推移泄漏逐渐扩大，最终完全失效而无法使用。

泵主轴转速为2980r／min，进口压力为6.5ＭPa，出口压力为8.5ＭＰａ，介质为240℃带固体颗粒黑水，密封冲洗水压力为9.8ＭＰａ。受高温、高压和含杂质的介质影响，泵在运行中机械密封屡次出现泄漏情况，给系统检修带来巨大压力，同时导致气化黑水系统无法连续稳定运行。

3.高压泵机械密封泄露的原因分析

3.1机械密封辅助隔离方案设计缺陷

该泵为高压单级离心泵，泵设置单端面机械密封对腔体内介质进行密封，密封选用四川日机密封件有限公司的ＣＭ２９１Ｂ型号的机械密封。密封冷却系统采用了ＡＰＩ６８２标准中Ｐｌａｎ３２的冲洗方案，即采用外供9.8ＭＰａ冷却水冲洗方式对机械密封进行冲洗、冷却和润滑。

泵机械密封在运行时外供的密封冷却水对密封端面进行冲洗、冷却和润滑后，密封水流经动环外端面、动环座、密封腔后最终进入泵壳体目的是保证机械密封动静环摩擦副表面无固体杂质颗粒的影响而稳定运行。但由于轴套与密封腔之间未设置有效的节流装置，实测二者之间直径间隙达到２０ｍｍ，所以泵在运行时含固体颗粒的高压介质沿轴套反向蹿入密封腔，并且在密封腔内形成无规律的紊流。由于密封水流量偏小（初期设置仅１２Ｌ／ｍｉｎ），所以冲洗水无法对蹿入的固体介质颗粒进行彻底有效的隔离，导致介质颗粒进入动静环摩擦副密封端面，最终导致机械密封端面设计的边界摩擦状态破坏，摩擦副失效后机械密封开始泄漏[2]。

3.2 机械密封静环形式和材料设计缺陷

理论设计中机械密封摩擦副动静环端面平行 贴合，在密封水冷却下形成边界摩擦状态而稳定运行。但由于高温变形、冲洗水冲击及装配不到 位等原因，实际情况下动静环摩擦副很难按照理 论设计的绝对平行贴合运行。由于该泵温度高达 ２４０℃，高温导致动静环运行时产生变形，同时在 高压密封冲洗水由一个冲洗孔进入的冲击下，导 致动静环无法保证绝对的平行贴合运行，最终二 者出现形状和位置变化而导致机械密封泄漏。

3.3 机械密封冲洗液进入密封腔的方式设计缺 陷

该泵机械密封设计时摩擦副主端面冲洗液进入密封腔的方式采用单孔径向冲洗的方式，由于密封腔内介质压力高，因此密封冲洗水压力高达９．８ＭＰａ。如此高压的密封水由一个冲洗水孔直接冲击至动静环端面一个点处，一方面会导致该点处密封摩擦副无法紧密贴合，出现流体润滑的状态，部分密封水从摩擦副端面直接短路后泄漏至密封外部（这也解释了部分新安装机械密封初期出现微漏情况的原因）；另一方面由于高压密封冷却水从一点处对摩擦副进行冲洗，导致摩擦副离冲洗水孔进入处的远端无法得到充分的冷却和润滑。由于介质温度高达２４０℃，冲洗水无法将摩擦副产生的摩擦热量及时冷却，导致热量集聚，摩擦副端面介质汽化，摩擦副密封环由于高温而碎裂。

4.高压泵机械密封泄露故障处理和优化措施

4.1 重新设计密封辅助隔离方案

针对密封腔无法对工作介质进行彻底有效隔离的设计缺陷，在机械密封动环后部设计安装一定直径的螺旋套，螺旋套表面设置螺旋槽，螺旋槽旋向采用与泵旋转方向相反的设计。一方面轴套旋转时带动螺旋套同步旋转，利用螺旋套表面螺旋槽的反螺旋密封原理，将会进入密封腔的颗粒介质高速反向螺旋压送回泵壳体内，有效隔离颗粒介质蹿入密封腔；另一方面通过对螺旋套外径进行优化设计，使其外径与密封腔内径间隙减小至２ｍｍ，起到节流密封的作用，进一步隔离颗粒介质进入密封腔。同时将密封冲洗水量增加为20Ｌ/min，加大冲洗量，从而保证机械密封在干净良好的工作环境中稳定运行。

4.2 改进静环密封形式和材料

为了避免高温和密封冲洗水导致密封环无法平行贴合运行的缺陷，将原密封静环的固定方式进行重新设计，静环设计为浮动密封。即在动环后部安装单独的密封圈，静环安装后位置不是固定不变，它可以在一定角度范围内进行自行调整，当机械密封运行时由于高温变形、冲洗水冲击等外部原因出现端面不平行无法贴合时，它可进行小幅度的自行调整，始终保证与动密封环摩擦副平行贴合，确保机械密封运行正常[3]。

4.3 改进密封冲洗液分布方式

将原密封系统的单孔径向冲洗方式改为多孔环向冲洗方式。密封冲洗水进入密封后进行二次优化分布，围绕摩擦副端面设置２８个冲洗小孔进行冲洗，保证密封摩擦副整圈各个位置都有密封冲洗水进行冲洗。从而以最佳的冷却方式对摩擦 副端面进行冲洗、降温，防止摩擦副产生的热量在 端面内部集聚，从而达到最佳的冷却和降温效果。

5.结束语

通过对高压泵机械密封泄露原因进行自信分析，并根据泄露故障制定相应的优化处理方案，确保离心泵的平稳持续运行，切实降低了故障的发生概率并提高了能化企业的效益，建议在今后的高压泵机械密封管理中不断的优化与调整具体实施方案。

参考文献：

[1] 李彦成,李永平.高压泵机械密封泄漏故障处理[J].化工机械.2019.45(04):464-465+480.

[2] 章勤奋.转炉OG系统高压循环泵故障分析及维修[J].中国设备工程.2019.(22):39-40.

[3] 段小辉,孔繁余,李洋,刘莹莹,赵瑞杰.高温高压泵的研究现状[J].水泵技术.2018.(03):1-5+13.