高温泵机械密封失效原因分析及改进方案

某P-101泵是EO/EG装置反应器的凝液水泵，为8X15SVH型单级悬臂式离心泵。投产以来，机械密封失效频繁，运行周期平均为一个月左右。为此在检修过程中对该机械密封故障进行了分析，并采取了相应的改造措施。

1.泵端机械密封及冲洗系统

该泵采用的是单端面、内装式、高背压型机械密封，动、静环材质分别为碳化钨、浸树脂石墨，密封圈为硅橡胶O形圈。

密封端面采用内冲洗方式，如图3-8所示，从泵出口管线引出的高温水（264℃）经中间冷却器冷却后注入密封腔，对密封端面进行冲洗冷却。

图3-8 机械密封水冲洗系统

2.故障诊断

（1）故障现象 机械密封部件拆检后，发现主要故障现象是；①动、静环O形密封圈失效，老化变硬，O形截面塑变成方形；②静环失效，密封端面被咬蚀出现彗星状痕迹；③补偿环磨损；④补偿环弹簧失效，失去补偿作用。

（2）失效分析 故障原因分析表明，密封冲洗系统存在问题及密封腔温度过高是造成机械密封频繁失效的主要原因。

1）机械密封冲洗系统分析。如图3-8所示，原设计的机械密封外冲洗系统是自该泵出口引出的水经过冷却器后，流入密封腔对机械密封端面进行冲洗。但经计算，冲洗液压差Δp＜0，即密封冲洗系统实际为外冲洗。为进一步验证，在现场进行了实际测量，以判断密封冲洗液的流向。用测温仪分别对中间冷却器两侧的密封冲洗管线表面a、b两点进行温度测量，a点的温度是85.7℃，b点的温度是135.2℃，温差达50℃左右，证实液体是自密封腔经换热器换热后流向泵出口的，即密封冲洗液是逆流。

2）内冲洗失效造成静环咬蚀。内冲洗液对密封端面起冲洗、润滑、冷却作用，冲洗液正常压差为0.05～0.1MPa，流速在3～4.6m/s范围内。内冲洗失效，机械密封端面为半液摩擦，介质内的颗粒或结晶进入摩擦端面，进一步加剧端面的磨损，产生较高的摩擦热而无法被有效带走，造成机械密封静环端面因温度过高而出现金属咬蚀现象，导致机械密封泄漏。

3）密封腔温度高造成密封圈老化变形。由于密封冲洗系统失去作用，密封冲洗液逆流，密封腔内介质温度等于操作温度264℃，超过硅橡胶O形密封圈的使用温度范围（−60～260℃），造成密封圈很快老化与塑性变形，机械密封泄漏。

3.机械密封的改造措施

1）如图3-9所示，从该泵旁边的P-102A泵的出口引入温度为85℃、压力为3.2MPa（可调）的水至密封腔进行外冲洗，关闭原来的自冲洗管线，以降低密封腔温度并提高冲洗液压力至3.2MPa。(www.xing528.com)

图3-9 冲洗系统改造图

a）改造前 b）改造后

1—叶轮 2—蜗壳 3—挡水圈 4—动环 5—静环 6—轴 7—换热器

2）如图3-10所示，在叶轮上开四个φ8mm的平衡孔，在降低叶轮背压的同时可以起到平衡轴向力的作用，但泵的容积效率损失会增加。经过核算，平衡孔的泄漏量约为设计流量的2%～5%，使密封腔内压力降低了0.1MPa左右，使冲洗液压差Δp为0.6MPa。

3）如图3-11所示，为了减少叶轮上增开平衡孔对泵容积效率的影响，调整叶轮定距套尺寸，把叶轮的背隙由10mm减至4mm，进一步降低叶轮背侧压力，提高冲洗液压差。

图3-10 叶轮改造图

图3-11 改造后叶轮背隙调整图

4）改进泵的操作步骤。改造后介质和冲洗液之间温差很大，先打开密封冲洗液，使冲洗液压力达到3.2MPa，再按步骤起动泵，以防止密封元件因急冷急热而脆裂。

4.效果

改造后的机械密封冲洗系统自投入运行以来密封腔表面温度为85℃，大大低于了改造前的135.2℃，压力表显示密封腔外冲洗液压力为3.2MPa，符合使用要求。后对机械密封拆卸检查，各密封元件完好无损。机械密封运行稳定，工艺操作稳定性和可靠性大幅提高。密封冲洗系统改造后取得了满意的效果，消除了装置安全生产的一大隐患。