双端面机械密封泄漏原因分析与对策

润滑与密封

文章编号：1671-0711（2010）04-0055-02

技术版

双端面机械密封泄漏原因分析与对策

顾红梅

（中国石油大庆炼化公司聚丙烯厂，黑龙江

摘

大庆163411）

要：通过对双端面机械密封的研究，找到了装置在使用Cu浆催化剂为介质的双端面机械密封泵泄漏

发生的根本原因，从操作、设计等方面进行了分析并提出了改进的方法，在使用中收到了良好的效果。关键词：双端面；机械密封；泄漏；Cu浆中图分类号：TB42

文献标识码：B

中国石油某炼化公司装置的机泵中多数使用双端面机械密封，但是对于一些特殊介质，如单体Cu，双端面机械密封在使用中出现了泄漏问题，为了查清泄漏原因，通过广泛研究，找出了解决的办法。

一、双端面机械密封的泄漏原因分析1．Cu浆局部浓度超高引起泄漏

因启泵前及停泵后的Cu沉积造成Cu浆Cu浆浓度超高（

局部浓度高），Cu浆颗粒会从唇封口沿轴套强行进入介质端静环压套内腔。一方面，由于聚四氟乙烯弹性极低，易发生永久变形，Cu浆可从聚四氟乙烯介质端静环漏入。另一方面，Cu浆能进入介质端摩擦副，使摩擦副产生失效区，液膜压力重新分布，直至发生泄漏。Cu浆还可以进入介质端动环填料处，破坏动环填料与轴套之间的合理间隙，或者卡住动环，使其丧失补偿作用，致使机械密封发生泄漏。

2．Cu浆附着在轴套上引起泄漏

如果使用脂润滑和油润滑达不到轴承所要求的润滑条件或无法满足特定的工作条件时，则可以使用固体润滑剂或设法提高轴承自身的润滑性能。在一些特殊使用条件下，将少量固体润滑剂加入润滑脂中，如加入3%～5%的1号二硫化钼可减少磨损、提高抗压耐热能力。对于高温、高压、高真空、耐腐蚀、抗辐射以及极低温等特殊条件，把固体润滑剂加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自润滑性能的轴承零件。

综上所述，轴承润滑方式和润滑剂的选择应是一个综合性的判断过程，要做出对轴承的合理润滑，必须从机械结构、轴承安装的部位、轴承载荷以及具体生产环境等因

由机械密封发生泄漏的概率分析，机械密封的泄漏大多由Cu浆附着在轴套上引起。观察发现，有时机械密封摩擦副完好无损，而介质端动环被Cu浆卡住，致使动环不能同静环配合，使摩擦副失去密封作用。同时，Cu浆附着在轴套上造成轴套粗糙度增大，增加了动环及唇封与轴套间的摩擦，造成动环及唇封间的间隙增大，从而引起介质端机械密封泄漏。此外，Cu浆附着在轴套上还造成动环与静环不能同步配合，Cu浆极易进入摩擦副引起机械密封泄漏。

3．机械密封轴套被介质腐蚀引起泄漏

金属被腐蚀后，以离子状态从轴套上脱落，游离于溶液中。通过对泄漏机械密封的观察，发现有的机械密封轴套上出现很多凹陷的麻点，正是这些麻点造成了机械密封的泄漏。装置生产对催化剂的浓度要求很严格，不允许泄漏，同时腐蚀也加快了摩擦副的磨损。实际生产中，常以罐的液位曲线分析图来判断机械密封是否发生泄漏。在停素进行综合考虑。参考文献：

[1]王红军.滚动轴承测试技术[M].北京：机械工业出版社，2008.[2]方希铮.滚动轴承选用指南[M].广西：广西科学技术出版社，

1997.

[3]董建民，黄红梅.滚动轴承的润滑方式[J].今日科苑，2009（）14.

[4]日本滚珠轴承组件株式会社.FYH带座轴承[M].2007.

收稿日期：2010-01-04

[编辑：李晶晶]

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泵状态，以泵的出口压力表指示值来判断是否发生泄漏。

4．唇封失效引起泄漏

唇封在双端面机械密封中具有两方面的作用：一是减压作用，使唇封到动环空间的压力低于泵的工作压力；二是阻止Cu浆颗粒进入静环压套内。一旦唇封失效，对机械密封的影响有以下几方面。

（1）损坏动环。当Cu浆颗粒沉积于轴套与动环间时，由于轴套与动环间有力的作用，极易发生永久变形，使机械密封失效。

（）损坏静环。如果Cu浆颗粒进入静环压套内，在离2

心力的作用下，Cu浆颗粒可能沉积于静环的周围，动环对静环有作用力，从而使静环对Cu浆颗粒产生作用力，容易造成静环的永久变形，一旦动环与静环间的作用力有波动，必然从静环处发生泄漏。

（）损坏轴套。如果Cu浆颗粒进入静环压套内，附着3

在轴套上，可能卡住动环，使动环失去补偿作用。同时由于Cu浆颗粒冲击力的疲劳破坏，在轴套上出现疲劳点坑，损坏轴套，使机械密封失效。

（）损坏摩擦副。Cu浆颗粒大量进入静环压套内，使4

颗粒进入摩擦副的几率增大，导致摩擦副表面出现沟槽，产生失效区，使液膜压力重新发布，液膜压力增大，随着失效区的扩大，必然导致摩擦副的完全失效，从而使整个机械密封失效。

5．操作不当引起的泄漏

（）水封压力过大。双端面机械密封的端面比压计算1公式为

2

PC=P弹+P封-P介-R/π（d22-d1）/4

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的比压。若P封增大，则弹簧将在超应力状态下工作，随着时间的积累，必然使弹簧产生疲劳破坏，导致双端面机械密封泄漏。

（）停泵后没有及时冲洗机泵。因为Cu浆是一种容易3

沉积的固体悬浮物，停泵后易沉积，如不及时冲洗干净，有沉积物存在的情况下启动泵，将会影响轴的正常工作，轻者使轴发生轻微弹性变形而损坏唇封，重者使轴弯曲，引起机械密封泄漏。有时沉积的Cu可强行挤入静环压套，造成机械密封工况恶化而引起泄漏。

（）没有合理利用唇封冲洗线。催化剂泵设计时在泵4

体上有一个唇封冲洗线，由于对Cu浆浓度要求严格及对泵的特殊性能不太了解，生产中一般不用此线，使Cu浆在密封腔中大量聚集，造成机械密封在恶化的工况下工作，增大了发生泄漏概率。

二、双端面机械密封泄漏的解决办法1.防止Cu浆局部浓度过高

采用停泵后及时冲洗，启泵前及时盘车的方法，避免局部Cu浆浓度过高，效果良好。

2.防止Cu浆附着在轴套上

适时冲洗唇封；停泵后及时对泵进行排空，防止Cu浆停留在泵体内；启泵时加强盘车。

3.选择耐腐蚀的轴套

选择耐腐蚀的材料SUS316或SUS304作为轴套材料，对轴套进行特殊喷涂，大大减少了介质对轴套的腐蚀。

4.防止唇封失效、合理选择唇封间隙

合理选择唇封与轴套间的间隙，使间隙在0.01～

（）1

0.02mm，可保持机械密封在良好的工况下工作，大大减少了机械密封的泄漏概率。

5.正确操作

使水封的回水压力在0.5～0.55MPa；停泵后及时冲洗机泵；定期使用唇封冲洗线。

三、结论

在以往的操作过程中，双端面密封的铜浆泵运行1个月左右密封就会失效，对密封改造和调整操作方法后，密封的寿命可达6～12个月，节约了备件和资金，为装置安全、平稳、长周期运行提供了保障。参考文献：

[1]顾永泉．流体动密封[M]．山东：石油大学出版社，1990．

式中：PC———端面比压；

—弹簧对动环的作用力；P弹——

——封液、介质对动环的作用力；P封、P介—

——摩擦副间液膜总推力；R—

—动环密封接触端面内、外径。d1、d2——

对于工作中的机械密封，如果P封增大，那么PC也增大，则摩擦副的摩擦力增大，当摩擦力大于摩擦副材料的许用摩擦力时摩擦副损坏。当摩擦力小于摩擦副的作用摩擦力时，由于摩擦力的方向与相对运动方向相反，其作用是阻碍补偿环的运动，这种阻碍同弹簧联合作用，使轴与补偿环之间产生瞬时不同步运动，瞬时不同步运动使补偿环通过摩擦力对静环产生交变的冲击载荷，随着时间的积累，摩擦副的表面出现疲劳点蚀，液膜压力重新分布，直至引起机械密封泄漏。

（）水封压力过小。根据公式（）可知，当水封压力21过小时，只有增大弹簧力，才能保证动静环之间具有合适

收稿日期：2009-12-24

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