浅谈轴流泵机械密封泄露原因及解决方法

引言

某厂聚丙烯装置环管反应器轴流泵机械密封在更换完机械密封后 1 个月后就开始出现机封微漏并随时间的推移逐渐加大。正常运行期间加压活塞标尺下降量为 2～ 3mm/h ，至3 个月后达 5～ 6mm/h ，6 个月达到 15mm/h（10mm/h 考虑更换），导致该泵6 个月左右就得更换机械密封，严重影响装置的平稳运行。

1、设备简介

P2201 为 某 化 工 厂 装 置 的 主 要 设 备， 采 用 的 是 瑞 士 SULZER 的HLTE24″ ×24^′′ 型泵，功率 350 5kW，流量 7000 M3/H，转速 1485 rpm，工艺介质为丙烯和聚合物浆料组成的淤浆，操作压力 ，操作温度70℃。机械密封为约翰克兰美国设计，由内侧单端面机械密封及外侧双端面机械密封组合而成。主密封前端采用PLAN32 丙烯冲洗方案；内、外密封之间采用PLan53C 的冲洗方案，介质为 68 号工业白油；外侧安全密封采用 PLAN52 冲洗方案，系统压力是常压介质为68 号工业白油。

1、机封结构

主密封包括的内部密封和外部密封，是加压的背靠背密封系统 一个安装在泵弯管里面最靠近叶轮的筒壳式密封组件，包括 1 组单端面机械密封、双列向心滚珠轴承、节流套筒、泵送环及嘴型 密封；另一个安装在泵弯管外面另一端的双端面密封。

内侧主密封为经典型小弹簧推进式 8B1 型，补偿环材料为石墨，非补偿环材料为硬质合金。外侧安全密封同样为经典性小弹簧推进式 8B 型的串联式双端面机封，补偿环材料为石墨，非补偿环材料为硬质合金。

由于该机封设计日期为 1998 年，早期的设计理念有所不同，同时由于密封面材料限制，对于关键泵位，为了提高机械密封运行可靠性，设计上就考虑了厚液膜设计，以期减少环面的磨损，致使现场机封运行期间长期存在稳定的泄露量。

2、轴流泵机械密封冲洗方案

主密封前端采用 PLAN32 冲洗方案 通过 F 孔冲入丙烯气体，丙烯压力高于泵出口压力 0.2～0.3MPa ，丙烯直接进入泵体内，隔离输送介质。内、外密封之间采用 PLan53C 的冲洗方案，介质为 68 号工业白油。外侧双端面主密封的密封冲洗液从 LBI 孔进入内部密封腔，经泵送环加压后沿轴方向流向外部密封（沿泵轴流向驱动端），从外部密封流出，进入主密封油罐上部再从主密封油罐下部流出进入内密封，完成一个冲洗油循环过程。

3 机械密封失效状况

3.1 主密封动环小崩边

解体后发现主密封动环材质为石墨，环面有崩边但未径向贯穿，环面有较轻微均匀磨痕

3.2 动环上有疱疤现象

解体后发现外密封碳石墨密封环会出现崩边，碳石墨密封环在使用过程中出现鼓泡、起层甚至出现凹坑的疱疤现象（见图5）

3.3 摩擦副上有磨痕动环为补偿环材料为石墨环，静环材质为硬质合金，环面有较轻微均匀磨痕。

4 故障分析

4.1 补偿环蹦口

动环材质为石墨属于易碎型，且机封自身重量较重，安装困难，静环容易于轴套接触撞击导致蹦口。

4.2 补偿环疱疤

动环材质为石墨，静环材质为硬质合金，介质温度 80^∘ ，密封油为 68 号工业用油属于中等粘度的润滑油。由于机械密封的环境温度高，加之硬质合金导热性较差导热性差，会造成密封面过热、磨损加剧、密封面变形及局部脱落形成凹坑，极易产生高温疱疤现象。

疱疤现象的出现，会使密封面局部形成液态或气态凹流，造成液膜厚度波动，增大密封体的振幅，对密封面产生破坏。严重时甚至造成表面部分石墨起层与基体脱离，形成新的凹坑。凹凸不平的石墨表面还会相互发生碰撞，破坏已有的密封表面，从而导致泄漏的发生

4.3 静环磨痕

密封面磨损原因：系统的操作参数，如压力、温度等出现较大波动，叶轮所受的轴向力增加，轴位移增大，破坏密封面油膜，出现密封面摩擦现象。

5 解决方法

5.1 主密封的升级改造

针对目前发现的密封面材料问题，有针对性的对机封进行整体升级改进，主密封补偿环升级为 48RP 型，该补偿环为防反压设计，材料升级为碳化硅，能够适应更高的运行温度，且避免疱疤的出现，安装时也不易出现崩边现象。非补偿环为 RB 型，为自平衡型设计，内外径均可承压，避免了密封反压失效的情况材料也同样升级为碳化硅。

5.2 安全密封的升级改造

安全密封由 8B 小支耳（见图 9）传动，升级为 48V+48LP ，动环设计为大支耳传动（见图 10、图 11），动静环均采用碳化硅。能够适应更高的压力，具有扭矩传递可靠均匀，更具耐磨性同时具有更小的摩擦阻力。外密封的动环上增加了一迷宫节流环，可在两套密封之间再建一道阻力密封，还可减少冲洗液容积腔体，从而提高密封冲洗液流动速度以便于更好起到冲洗、冷却的效果。动静环材料均采用导热性能优异的碳化硅，避免环面疱疤。

5.3 规范日常操作

要保证环管充满液态介质，温度达 到 70° ，压力在 3.3～3.4MPa 时，方可启动 P-2201 轴流泵。因为在该状态下开机，可以使泵运行稳定，避免动静环之间出现碰撞或磨损。加压时主密封油罐同步加压保持主密封油压力始终比环管压力高 0.2MPa 。

6 结束语

通过优化改进的机封现已连续使用两年半，运行正常。加压活塞标尺下降量为 0.8～ 1mm/h ，机封外漏量为 2 滴 /min。完全满足装置生产要求。优化后的机械密封使用寿命延长了 2～3 倍，节省了大量的维修费用和配件费用，更避免了装置非计划停工，对公司降本增效极有意义。

参考文献：

[1] 徐文广 . 聚丙烯环管反应循环泵国产化机械密封失效分析及改 进[J]. 润滑与密封，2008（6）：113-115

[2] 顾永泉 . 机械密封实用技术 [ M] . 北京 ： 机械工业出 版社 ，2001.47-48