尿素现场离心泵机械密封泄漏原因分析及维修(王佩)

尿素现场离心泵机械密封泄漏原因分析及维修

王 佩

（河南省濮阳市中原大化有限责任公司 457000）

内 容 提 要：中原大化尿素装置是从意大利斯纳姆公司成套引进的，采用该公司开发的氨气提法尿素生产工艺，现场的小机泵都是离心泵且采用单机械密封，且像P106、P108、P109泵运行介质都是尿液，机封运行环境恶劣，正常生产时易出现机械密封泄漏现象，影响到装置的安稳长满优运行，本文主要对机械密封原理和泄漏原因进行分析，以期对机泵的日常管理有所提升。 关 键 词： 氨气提 离心泵 机械密封

一、机械密封原理

1.1、机械密封的工作原理

机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

1— 静止环；2—旋转环；3—弹性元件；4—弹簧座；5—紧定螺钉；6—旋转环畏助密封圈；7—防转销；8—辅助密封圈；9—压盖；A、B、C、D—通道

图1 机械密封结构

常用机械密封结构如图1所示。由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元

件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往 往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。 机械密封中流体可能泄漏的途径有如图1中的A、B、C、D四个通道。 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖、压盖与壳体之间的密封，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封，当端面摩擦磨损后，它仅仅能追随补偿环沿轴向作微量的移动，实际上仍然是一个相对静密封。因此，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯或金属波纹管的结构。

A通道则是旋转环与静止环的端面彼此贴合作相对滑动的动密封，它是机械密封装置中的主密封，也是决定机械密封性能和寿命的关键。因此，对密封端面的加工要求很高，同时为了使密封端面间保持必要的润滑液膜，必须严格腔制端面上的单位面积压力，压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损；压力过小，泄漏量增加。所以，要获得良好的密封性能又有足够寿命，在设计和安装机械密封时，一定要保证端面单位面积压力值在最适当的范围。

机械密封与软填料密封比较，有如下优点：①密封可靠在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；②使用寿命长在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介

质中通常也能达半年以上；③摩擦功率消耗小机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；④轴或轴套基本上不受摩损；⑤维修周期长端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；⑥抗振性好 对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；⑦适用范围广机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。但其缺点有：①结构较复杂，对制造加工要求高；②安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；③发生偶然性事故时，处理较困难；④一次性投资高。

2.2、如何确定机械密封弹簧的压缩量

机械密封弹簧压缩量测量直接用卡尺测就是,先测量在自由状态下的弹簧伸缩量,再测量机封安装到位后的量,一减就是压缩量.

集装式密封可以不用自己去定压缩量，因为整个密封装好时已定好了，非集装式密封要根据不同的泵的类型来测量。

单弹簧机械密封的压缩量为50%-70%，大概密封压死后放开3 ~ 5mm,多弹簧（碟形簧）的压缩量为90%左右，即机械密封压死后放开1.5 ~ 2.5mm即可。同时还要考虑密封面的宽窄，弹簧的力度,工作时受力状态.

调节弹簧压缩量是为了满足弹簧比压，而不是为压缩量而压缩量，不管它是单弹簧还是多弹簧。通常，机泵机械密封的弹簧比压大致控制在1.3 2.8kgf/cm2~ 左右。最佳取值多少要根据实际工况条件、摩擦副配对材质、补偿环辅助密封圈结构型式和要与载货系数K值相适应等等。

二、泵用机械密封的泄漏分析以及故障维修

泵用机械密封种类繁多，型号各异，但泄漏点主要有五处：

(l) 轴套与轴间的密封； (2) 动环与轴套间的密封； (3) 动、静环间密封； (4) 静环与静环座间的密封； (5) 密封端盖与泵体间的密封。

一般来说，轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决，但需细致观察，特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时，相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断，须在长期管理、维修实践的基础上，对泄漏症状进行观察、分析、研判，才能得出正确结论。 2.1 泄漏原因分析及判断

2.1.1 安装静试时泄漏。机械密封安装调试好后，一般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小，多为动环或静环密封圈存在问题；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。此外，泄漏通道也可同时存在，但一般有主次区别，只要观察细致，熟悉结构，一定能正确判断。

2.1.2 试运转时出现的泄漏。泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏。因此，试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后，基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。引起摩擦副密封失效的因素主要有：(l) 操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离；(2) 对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤；(3) 动环密封圈过紧，弹簧无法调整动环的轴向浮动量；(4) 静

环密封圈过松，当动环轴向浮动时，静环脱离静环座；(5) 工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，探伤动、静环密封端面；(6)设计选型有误，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。上述现象在试运转中经常出现，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

2.1.3正常运转中突然泄漏。离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。 (1) 抽空、气蚀或较长时间憋压，导致密封破坏；

(2) 对泵实际输出量偏小，大量介质泵内循环，热量积聚，引起介质气化，导致密封失效；

(3) 回流量偏大，导致吸人管侧容器(塔、釜、罐、池)底部沉渣泛起，损坏密封；

(4) 对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而扯坏密封面；

(5) 介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多； (6) 环境温度急剧变化； (7) 工况频繁变化或调整；

(8) 突然停电或故障停机等。离心泵在正常运转中突然泄漏，如不能及时发现，往往会酿成较大事故或损失，须予以重视并采取有效措施。

三、泵用机械密封检修中的几个误区

1. 弹簧压缩量越大密封效果越好。其实不然，弹簧压缩量过大，可导致摩擦副急剧磨损，瞬间烧损；过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力，导致密封失效。

2. 动环密封圈越紧越好。其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损，过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整；三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。

3. 静环密封圈越紧越好。静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环密封因过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般较脆，过度受力极易引起碎裂；三是安装、拆卸困难，极易损坏静环。

4. 叶轮锁母越紧越好。机械密封泄漏中，轴套与轴之间的泄漏(轴间泄漏)是比较常见的。一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫失效，偏移，轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面破坏，轴上各部件间有间隙，轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效，相反适度锁紧锁母，使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。

5. 新的比旧的好。相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，但新机械密封的质量或材质选择不当时，配合尺寸误差较大会影响密封效果；在聚合性和渗透性介质中，静环如无过度磨损，还是不更换为好。因为静环在静环座中长时

间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。 6. 拆修总比不拆好。一旦出现机械密封泄漏便急于拆修，其实，有时密封并没有损坏，只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免浪费又可以验证自己的故障判断能力，积累维修经验提高检修质量。

四、结语

通过对尿素现场离心泵机械密封泄漏原因的分析，不仅方便工艺人员进行现场操作和判断，而且方便检修和技术人员在机泵泄漏时进行正确准确的判断，提高检修效率，减少工作量，节省检修费用，使复杂问题简单化，使现阶段尿素点检定修工作深入化，使自己的设备管理能力更上一个台阶。

参考文献

[1] 陈留拴. 工业泵选用手册. 河南：河南化工编辑部，1996

[2] 王寒栋. 泵与风机. 北京：机械工业出版社，2009

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个人简介：王佩，男，汉族，1986年5月30日出生于河南省三门峡市渑池县，2010年6月毕业于河南科技大学材料成型及控制工程（焊接）专业，本科，助理工程师，现为河南能源化工集团中原大化公司化肥事业部尿素厂设备技术员，联系电话：0393—8956383。

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