摘要：本文对化工机械密封技术以及密封结构进行介绍之后，重点从密封面的平面度损坏、润滑性损坏及动作性损坏三个方面分析了机械密封的泄露原因，并针对不同的原因提出了相应的预防和维修策略。同时以中国石油兰州石化公司尿素装置的高压甲铵泵和T-GA101A/B泵的密封泄漏为例，通过设备故障原因问题、维修策略的制定，实际维修过程中故障的排查，到最终故障原因的发现及问题的解决进行深入剖析，为今后实际化工机械密封技术故障的排查及问题解决的起到积极作用。
关键词：石油化工机械密封;泄露;维修策略
中图分类号： TQ050.7 文献标志码：A
0引言
在目前我国经济飞速发展以及工业化进程在不断加快的同时，我国的石油化工行业也取得了较大的进步和发展。而石油化工行业的生产过程中容易遇到易燃易爆以及有毒有害的物品，这些物品对存储或者输送所使用的管道、容器以及设备等有着极高的密封要求。为了实现上述无泄漏的密封要求，在目前的石油化工行业中比较常用磁力泵和屏蔽泵，而且在对磁力泵隔离套和屏蔽泵屏蔽套进行广泛应用的同时，仍然存在使用年限等无法解决的问题，并且会引发石油化工机械密封泄露等问题。这就需要针对不同的泄露问题对其原因进行分析，且在泄露发生时采取必要的维修策略来进行及时和有效的处理。
1石油化工机械密封结构概述
石油化工机械密封结构主要采用的就是机械密封技术，此种技术中比较关键的结构就是一对或者几对垂直于轴且可以相对滑动的端面，此端面在流体的压力或者补偿机构的其他力作用下可以相互接合，然后在辅助密封装置的协作下来实现阻漏的作用。通过此技术，主要的作用就是确保静环的接触面与动环在运动的过程中也需要保持紧密的贴合，其主要的原理就是对上述静环和动环之间进行一定比压的施加，这样就可以通过在二者之间形成一层液体膜来起到密封的作用。
通过对上述机械密封技术的原理进行介绍可知，在石油化工机械密封结构中比较重要的结构就是静环和动环的端面密封部件，此外，还有其他的辅助部件，如O型、U型或者X型的密封圈等，以及其他的弹簧和推环等补偿部件，传动螺钉和传动销等传动部件等，推环、弹簧座、压盖以及紧定螺丝等紧固部件等。
上述机械密封技术以及相应的密封结构主要在离心泵、离心机、压缩机以及反应釜等设备上广泛应用，此种密封技术在实际应用中表现出比较好的密封性能，不仅具有较少的泄露量，而且功耗比较低且使用寿命比较长。尤其比较适合在自动化生产以及高温高压等恶劣环境条件以及对密封有着严格要求的场合中应用。
2石油化工机械密封的泄露原因分析
2.1密封面的平面度损坏的原因
不均匀的划痕和面部切断痕是比较常见的密封面损坏形式，而导致上述损坏问题的主要原因，或者是出现了泵的密封箱和搅拌器的封头出现了变形问题或者是损伤问题，或者是存在不够均匀的螺栓紧固力的原因，在上述原因下就会出现静环密封面的变形问题，这就会导致泄漏问题的发生[1] [2]。此外，在对滑动装置进行热装的过程中，由于温度会发生变化且由于存在热膨胀差而会改变密封面的形状，这同样也会由于损坏密封性导致泄漏的问题[3]。
2.2密封面的润滑性损坏的原因
端面密封主要是对端面液膜的密封作用进行利用，但是也需要其具有一定的润滑作用来确保其正常运行。而如果上述端面液膜出现损坏时就会出现密封面的干摩擦问题，这就会加剧了此密封面的瞬间磨损以及粗糙程度，严重时还会导致其中的硬质材料出现裂痕的问题。此外，在出现了上述问题而导致滑动摩擦面的温度急剧上升时，需要对热积累现象进行及时的除掉，否则就会造成密封液蒸发以及润滑膜消失等问题，这就会引发上述干摩擦的问题而对密封面造成损坏，从而引发泄漏问题[4]。
2.3动作性损坏的原因
由于机械密封装置中的静环和动环需要随着轴一起转动，而在上述持续进行的转动过程中也不可避免会改变密封断面，导致此装置的轴向移动量的增加和机械密封精度的降低。在长时间的上述问题下就会损坏上述部件并导致变形问题的发生，这就会由于随动性的消失而出现泄漏问题。此外，在浆料堆积并阻碍弹簧作用、滑动部件出现动作失控、密封面的表面出现磨损等现象时会加剧上述问题。而且在发生了滑动密封面的磨损、硬化以及老化等问题时，也会损坏轴和轴套，甚至会出现弹簧座的磨损和弯曲等问题。
此外，导致石油化工机械密封出现泄露问题通常不是上述某一种原因引起的，而是多种因素叠加在一起而导致的。而导致多种因素同时发生的主要原因可能就是过度疲劳、受压不够均匀以及液膜出现破坏等原因，这就对机械密封结构的安装以及定期清洁、运行维护和冷却等提出了较高的要求。
3石油化工机械密封的泄露问题的维修策略
3.1针对动作不良现象的维修策略
为了对动作不良原因引起的泄漏问题起到预防作用，在进行机械密封结构设计和安装中尽量对具有较好耐磨性和橡胶弹性的O形环进行应用，通过此种O形环可以确保在轻微损伤发生的同时不会出现变形问题，从而可以始终保持其良好的密封作用。其中目前比较常用的就是橡胶或者聚四氟乙烯的密封O形环，后者还表现出良好的防腐蚀性能，比较适合在波纹管或者是V型管中应用。而如果需要在高温或者低温的环境中应用，则需要选择的密封环的材质最好是不銹钢等材质。针对旋转型的机械密封，则可以使用O形环来作为滑动密封环使用。
针对机械密封在受热时由于出现材料变形或零件变形而改变其负荷能力，导致密封的工作性能降低甚至被烧毁等问题，需要按照不同的热量大小采取不同的冷却措施，主要的冷却措施有自然冷却、内循环冷却、外冲洗冷却以及外循环冷却等，还需要做好对密封温度的控制来实现密封效果的提升[5]。
3.2滑动面泄露问题上的维修策略
在对机械密封装置进行维护和检修的过程中，需要对设备是否出现磨损和划痕等问题进行认真检查，确保静环表面的精度满足要求。而且在进行设计和安装时尽量对静止型的机械密封方式进行应用来对磨损问题起到有效预防和解决。而且针对容易出现的滑动部件材料应力变化而导致的密封热变形的问题，则需要对密封环的O环或者石墨环的保持方式进行改变，从滑动形式向插入式进行改变来解决和预防[6]。
3.3干滑动问题的解决和预防
针对由于滑动发热时冷却不足而引起的滑动面损坏原因，需要在问题发生時尽量选择比较完善的密封液以及冷却水和温控单元，并且做好对供给管线的巡回检查，避免出现堵塞的问题。此外，在对机械密封进行选择时，尽量选择具有良好耐浆性的静止型机械密封，实现对干摩擦的有效预防。而且还要对旋转机械的运行管理进行加强，对机械密封压力等参数和状态进行定期检查，及时发现其中的问题并进行解决，确保机械的完好以及正常运转[7]- [9]。
4 案例分析
4.1高速离心式甲铵泵机封故障原因分析
中国石油兰州石化公司尿素装置高压甲铵泵为美国圣达因生产的HMP3512型卧式、双级、高速离心泵，大多数的维修是由于机械密封故障引起的，主要原因是机械振动、机封冲洗水变化和“O”型圈失效造成，现就前两种的故障原因做以下分析：
4.1.1 机械振动引起的机封故障分析
机械振动检修主要体现在机封静环的密封面均有不同程度的破损，检查其它零部件均完好无损，根据经验判断可能为高速轴振动引起，通过以下三种方式进行排查：
（1）检查齿轮表面是否有点蚀 、毛刺、裂纹、断裂的损坏情况，发现齿轮完好无损。
（2）用压铅法测量齿轮啮合的间隙，通过数据比较均符合要求，故可排除齿轮啮合故障。
（3）检查径向圆瓦轴承均无毛刺、损伤、裂纹、剥落、脱皮。用抬轴法检测径向间隙，测量值为0.2mm，超过质量要求（0.08～0.12mm），由于径向间隙过大，可能造成轴的振动，从而导致动静环密封面的振动与摆动较大，不能保证密封面与旋转轴线的垂直，进而影响密封面液膜的形成，最终导致机封的泄漏。同时也造成了密封面的交变载荷，造成密封面的破裂，导致机封失效。
4.1.2 机封冲洗水变化引起的机封故障分析
泵机封是通过高压冲洗水强制冷却的，因此冲洗水的质量对机封的影响也是非常主要的，过滤器的精度不够或者失效都会造成机封的泄漏。
机封冲洗水变化引起的故障原因主要体现在机封动静环的摩擦面有划痕，动静环表面有铁锈及淤泥，且静环的摩擦副按下后不能顺利复位，有卡涩现象。若对机封静环内拆解后依旧发现有铁锈和淤泥，那故障原因基本就是过滤器的问题，需要检查过滤是否有破损，并且滤网及腔体是否有铁锈屑等杂质。同时还需要检查换热器，由于换热器的材质基本都是碳钢，在冷却冲洗水时易结垢和生锈，导致冲洗水不干净。
由于动静环摩擦副采用的材质抗划痕能力差，冲洗水中的颗粒物质在机封振动时进入摩擦副端面后，对端面产生了磨损，从而使密封失效。淤泥及铁锈造成了机封静环上弹簧的腐蚀与推环的卡涩，进而影响了机封的压缩量，同样也造成了机封的失效。
4.2尿素T-GA101A/B泵故障分析及解决方法
中国石油兰州石化公司化肥厂尿素装置T-GA101A/B泵是化肥厂的重要设备之一，由于该泵是单台运行，它的运行周期直接关系到合成氨装置的生产稳定性。该泵由大连耐酸泵厂生产，型号是TTMC80B-6，使用电机驱动。结构为立式五级节段式单吸多液下泵，径向剖，中间段用“O”型圈密封并在中段的外部用螺栓将他们连接在一起，采用机械密封。
在对近几年该泵的检修统计结果来看该泵的运行周期短的主要原因是机封泄露，主要体现在以下三个方面：
（1）机封冲洗水
机封密封腔内积垢比较严重主要是因为循环冷却水比较脏，冷却水进入密封腔后速度变小，结垢的存在会使波纹管的压缩性能降低。
（2）止口定位面变形及各部位配合间隙尺寸变化
由于该泵体较长，解体次数较多以及在拆卸安装过程中不可避免的砸、敲等作业，使得导叶止口定位面变形或间隙变大，各部位配合尺寸改变。
（3）工艺操作不当，开停车频繁，引发气蚀现象
开停车过程中容易造成泵的气蚀，根据气蚀的理论，当泵入口低压区压力小于该温度下的饱和蒸汽压时，离心泵会产生气蚀。高温液体和易挥发液体容易气蚀。而氨泵由于介质中含有氨，属于易挥发液体，泵入口阻力损失大使介质在该温度下的蒸汽压会变小，造成泵抽空发生气蚀。泵的气蚀使泵的性能趋于不稳定，泵的振动加剧，离心泵的正常运转受到破坏。每次泵轴振动超过允许值时都会加速密封的损坏，从而使泵的故障比较频繁。
针对以上问题，可从以下三个方面进行故障处理：
（1）针对密封腔较脏的情况，可在循环水回水前加一排水导淋，定期打开运行泵和备用泵排水导淋，使回水形成近路，这样有利于密封腔内沉淀物的排出，可待水不混浊时关闭。
（2）当氨泵同时给硝酸装置和尿素装置送氨时，可关闭大回流，开小回流;当仅给硝酸装置送氨时，要保证大小回流全部打开;当仅给尿素送氨时，可关闭大回流，全开小回流。
（3）停泵和开泵时，中控和现场操作人员协调好泵出口阀、外送阀、蒸汽阀的关闭程序。
5结语
针对石油化工机械密封的重要性以及泄露问题所造成的危害，在分析导致出现化学机械密封泄露的密封面平面度损坏、密封面润滑性损坏、动作性损坏的原因之后，针对动作不良的问题、滑动面和干滑动等问题提出了相应的泄漏问题预防和解决对策，保证石油化工机械密封的良好性能，且在不断实践中总结经验来提高石油化工机械密封技术水平。
参考文献：
[1] 王万里. 关于化工机械密封问题的探析[J]. 科教导刊-电子版（下旬）， 2015（7）：144.
[2] 周成欣. 关于化工机械密封技术应用探究[J]. 科技创新与应用， 2019（18）：156-157.
[3] 秦凯. 泵用机械密封的泄漏原因分析及解决措施[J]. 科学技术创新， 2018（22）：156-157.
[4] 周治辉. 化工机械密封的泄露问题与对策[J]. 化工设计通讯， 2017（10）：107.
[5] 杨毅. 苯胺装置热水循环泵机械密封失效原因及措施[J]. 甘肃科技， 2012（20）：55-56.
[6] 刘顺荣. 化工机械密封泄露的维修[J]. 化工设计通讯， 2018（1）：99
[7] 刘彦军. 机械密封泄露原因及原因分析[J]. 黑龙江科技信息， 2011（21）
[8] 张鹏飞. 化工机械密封的泄露问题与对策[J]. 中国化工贸易， 2018（1）
[9] 乔杨. 化工机械密封泄露探究及解决措施[J]. 化工管理， 2013（12）：184
作者简历：马剑峥，1982年出生女，回族，甘肃兰州人，大学本科，助理农艺师，目前主要从事化工设备维护保运及设备检维修方面工作。