热油泵机械密封泄漏的原因和处理方法

1.故障概况

某常减压装置的常压塔底泵（以下简称P-04/1、2）型号及操作参数见表3-2。P-04/1、2投入生产后分别运行，P-04/1密封出现泄漏，泄漏现象为先滴漏后线状泄漏，而且越漏越大，并伴有间断油气外涌。拆卸密封检查，发现硬环表面有少量黑色突起亮点，石墨环表面有环状沟纹和细小裂纹。之后，连续两次更换密封件，都是仅用5～10min后就出现同样的泄漏现象。在这种情况下，一方面对密封系统进行核算和技术分析，一方面又试用其他厂家的密封件，结果依旧存在泄漏现象。

表3-2 设备型号及操作参数

2.故障分析

（1）判断出现泄漏的密封点 P-04/1、2使用的是DBM-70焊接波纹管密封，属内装、单端面、平衡型密封，密封腔夹套水冷，摩擦副无冲洗，静环无背冷，这类密封产生泄漏的途径一般为；①动静摩擦副；②静环与压盖之间的密封垫；③压盖与泵体之间的密封垫；④波纹管与密封座之间的密封垫。

上述后三个密封点都是由螺栓紧固的静密封，垫片材质为铝或石墨，承受该工况条件应不成问题，故动静环摩擦副之间的密封效果就成为本次讨论的主要议题。影响摩擦副密封效果的主要因素有摩擦副端面比压p_c、摩擦副端面线速度v_c、摩擦副端面温度T。DBM-70焊接波纹管密封参数见表3-3。

表3-3 DBM-70焊接波纹管密封参数

（2）p_c、v_c和pv值的计算 相关算式如下

式中，d₁、d₂、D₁、D₂、F见表3-3；d_e是波纹管的有效作用直径（mm）；K是载荷系数；λ是膜压系数；p_c是端面比压（MPa）；p_s是弹簧比压（MPa）；p₁是密封腔内介质压力（0.26MPa）；S是密封面面积（m²）；n是转速（r/min）；v_c是摩擦副端面线速度（m/s）。

根据上述公式计算有关参数比较简单，结果见表3-4。

表3-4 计算结果

（3）计算结果及故障原因分析 把表3-4所示计算结果与机械设计文献提供的参数进行比较，同时参照相关机械密封技术文献，有关数据均符合规范要求。由此可见，密封泄漏不是由摩擦副端面比压p_c、摩擦副端面线速度v_c、pv值等引起的。排除上述因素外，摩擦副端面温度T最可能成为导致密封失效的根本原因。过高的摩擦副端面温度，一方面会破坏摩擦副端面密封液膜，使之高温汽化，在摩擦副端面形成半气相半液相的不稳定状态，导致泄漏；另一方面，摩擦副端面温度过高（超过密封环材料允许的极限温度）还会造成密封面变形，石墨环炭化，表面裂纹等，引起泄漏。这些现象与P-04/1出现的泄漏情况完全吻合。

1）摩擦副端面温度的估算。利用迈尔估算公式进行计算(www.xing528.com)

式中，T是摩擦副端面温度（℃）；T₀是介质温度（℃）；f是摩擦系数（取0.07）；p_c是端面比压（p_c=0.281MPa）；v_c是摩擦副端面线速度（v_c=12.93m/s）；b是密封端面宽度（b=0.00375m）；C_w是散热系数（取0.2）；λ_a、λ_b是导热系数W/（m·K）[YG6为100W/（m·K），石墨为5.5W/（m·K）]。

计算结果；T=T₀+45.12。

依据上述计算结果进行分析，因摩擦产生的温升，估计在40～50℃之间，属正常范围，对摩擦副端面温度有一定影响，但不能成为密封泄漏的主要因素。至此，问题的关键就集中到了摩擦副周围的介质温度T₀上。

2）介质温度的推算。为了推算P-04/1摩擦副端面温度，对正在运行的P-04/2相关部位进行了测量；密封静环压盖外表平均温度为267℃（测量的3个点温度分别为265℃、267℃、269℃）；冷却夹套封盖外表面温度为295℃；冷却水进出温差4℃。由此可以推断其摩擦副周围的介质温度T₀必定大于267℃，应该在277℃左右。P-04/2摩擦副端面温度为；T=（277+45.12）℃=322.12℃。

P_-04/2密封虽然也出现微漏（约18滴/min），但并不像P-04/1那样呈线状泄漏，说明P-04/1在检修之前摩擦副端面温度要高于322.12℃，含有柴油组分的常压渣油，在此温度及0.281MPa条件下，部分汽化是必然的。

3）故障原因分析。冷却水进出温差仅4℃，说明冷却水未中断，但带走的热量很少；冷却夹套封盖外表温度达259℃，说明夹套结垢严重；上述原因造成摩擦副端面温度过高，破坏了摩擦副端面密封液膜，使之高温汽化，导致泄漏；摩擦副无冲洗，静环无背冷，摩擦热不能被及时带走。

3.采取的措施

1）彻底清除夹套内水垢（实际上夹套内水垢几乎阻断了通道，最薄处5mm）。

2）把夹套冷却水进出口直径由10mm扩大到14mm。

3）P-04/1的冷却水由循环水改为软化水（减少凝结水）。

4）静环增加背冷，用乏汽凝结水作为背冷液，温度约100℃。

4.取得的效果

处理前、后各部位温度对比见表3-5。P-04/1修复以来，基本无泄漏。密封静环压盖外表面温度和冷却夹套封盖外表温度稍有升高，但远不至于造成摩擦副端面温度过高。

表3-5 处理前、后温度对比