泵用机械密封故障原因及对策

　　1 、 概述

　　泵是平台 的重要流体输送设备，数量庞大，转动设备的维修工作量有一半以上是泵的维修，其中 95 ％是离心泵，而离心泵的故障中，机械密封的故障最多。根据 平台 1998 年 ~2004 年的不完全统计，离心泵故障 37% 是机械密封故障， 31% 是轴承失效， 32% 是其他原因。

　　1.1 常见机封故障有以下几种

　　1.1.1 泵运行时密封泄漏

　　1.1.2 密封泄漏和压盖结冰

　　1.1.3 密封面稳定滴漏

　　1.1.4 泵运转时密封尖叫

　　1.1.5 密封面外缘或压盖外侧有碳粉积聚

　　1.1.6 密封面磨损严重，机封寿命短

　　1.2 为了保证机泵长周期平稳运行，必须处理好机械密封的故障，做好故障原因分析。分析过程一般遵循以下四个步骤

　　1.2.1 收集资料。及时对故障设备现场情况询问、观察、检查和测试。尽量做到实事求是、客观、完整。

　　1.2.2 综合分析。对所收集的资料归纳整理，抓住主要问题进行综合、分析、推理，根据一两个最符合实质的症状做出初步诊断。

　　1.2.3 初步诊断。根据故障现象的共性和特殊性进行分析、归纳，找出其间的联系和规律，得出故障原因。

　　1.2.4 通过维修实践验证诊断。注意做好记录，保存好损坏的密封元件；解体前、后认真地拆开密封箱检验和判断，不要急于拆卸造成不必要的元件损坏和人力浪费。

　　1.3 机械密封故障的原因大致有四种

　　1.3.1 机械密封本身质量有缺陷。

　　1.3.2 泵本体有缺陷。

　　1.3.3 机械密封选用不当。

　　1.3.4 操作、使用、维护不当。

　　2 、   故障原因分析及对策

　　下面分别从密封的机械损坏、热损坏、化学腐蚀、密封面磨损图像分析判断故障的原因及应对措施。

　　2.1 从机械损坏判断密封失效原因

　　2.1.1 动环断裂或开裂：原因是动环用脆性材料制成，断面较薄，非常脆弱。若断裂表面变色不均匀，或者存在磨屑，动环断裂是在开车前或运行中发生的。若没有磨屑、变色，断裂可能是在拆卸时造成的。密封扭矩过大造成的损坏一般伴有所配合的传动装置磨损或损坏。

　　具体原因可能有以下几种： a. 密封装配不当；

　　b. 安装操作失误；

　　c. 密封面扭矩过大（压缩量过大，泵压力超高，润滑性差，密封面干摩擦，密封面冲蚀，密封面粘着）；

　　d. 泵压力超高；

　　e. 密封拆卸或解体时损坏；

　　f. 温度变化大。

　　预防纠正措施有： a. 安装时认真、小心操作；

　　b. 降低泵送液体压力；

　　c. 调整压缩量；

　　d. 加大封油量，降低密封温度；

　　e. 改进环境，防止摩擦副润滑不良造成扭矩过大；

　　f. 仔细装配，避免密封咬死、卡住。

　　2.1.2 密封面扭曲

　　原因可能有： a. 压盖螺栓上的松紧不均或过紧，夹持应力过大；

　　b. 冷却不好，有不均匀热应力；

　　c. 泵操作压力过高，超出设计；

　　d. 附助密封膨胀；

　　e. 密封面制造不平直；

　　f. 密封面间有杂物；

　　g. 密封环支撑面不合适。

　　预防纠正措施有： a. 调整压盖螺栓扭矩至均匀、合适力度；

　　b. 调整冷却或冲洗液流量，保证密封面有足够的冷却和润滑，并除去流体中杂质；

　　c. 降低泵的操作压力；

　　d. 改变辅助密封结构和材料；

　　e. 将密封面重新加工平直；

　　2.1.3 密封面有擦伤和刻痕

　　原因有：制造或装配时掌握不好；密封面进入颗粒物。可机械或人工研磨消除刻痕或擦痕；改善密封环境，消除流体中的颗粒物。

　　2.1.4 密封环切边

　　原因可能有： a. 轴振动大或泵压力太高；

　　b. 轴弯曲；

　　c. 密封面与轴线不垂直。

　　预防纠正措施有： a. 降低轴振动值；

　　b. 降低泵操作压力；

　　c. 消除轴的弯曲变形。

　　d. 保持密封面和轴线垂直。

　　2.1.5 水泵机械密封环粘着磨损：密封面有严重磨痕，表面有较光滑沟槽。原因是：密封面润滑冷却不良，局部温度过高；密封比压过大；密封面硬度不合适。应加强冲洗、冷却；减小密封比压；提高密封面硬度。

　　2.1.6 密封面磨粒磨损：固体颗粒沉积在密封环或其附近，硬环密封面上出现有规则的槽痕，软环密封面上磨痕不均匀。

　　预防纠正措施有： a. 密封面使用较硬的耐磨材料，如碳化硅、碳化钨等；

　　b. 采用双端面密封和洁净的封液（油）；

　　c. 单独引入洁净的封油，替代引自泵本身的液体封油；

　　d. 通过过滤设施，滤去自身封油中的颗粒物后，再引入密封箱。

　　2.1.7 密封面严重磨损、开裂、变色和过热

　　原因是密封面间无液体或液体不足，密封干运转。应在启动前灌泵时排干净气体；排除影响泵吸入流量和压头的故障，如过滤器堵塞、入口阀开度不够、入口液体温度高、压头低等。

　　2.1.8 碳石墨环冲蚀：由于润滑冲洗液入口流速过高、液体中有颗粒物，碳石墨环表面被冲蚀。

　　预防纠正措施有： a. 润滑冲洗液管线加限流孔板；

　　b. 使用洁净的封油；

　　c. 通过过滤设施，滤去自身封油中的颗粒物后，再引入密封箱；

　　d. 遮蔽密封环。

　　2.1.9 辅助密封件物理损坏： ○ 型环、 V 型环或 J 型环、波纹管等辅助密封件的切口、擦痕、刻痕、撕裂等损坏，都能导致密封失效。

　　原因可能有：安装经验不足；使用不当；飞边、台阶棱、键槽等将密封件划伤；制造有缺陷。宜针对原因处理。

　　2.1.10 ○ 型环、 V 型环或 J 型环等辅助密封件挤出

　　原因是轴和 ○ 型环、 V 型环或 J 型环环槽尺寸不正确，元件间隙过大；元件组装时用力过大；压力太高。可针对具体原因处理。

　　2.1.11 扭矩过大造成波纹管失效

　　原因有：密封面缺乏润滑，摩擦力大；压缩量过大。

　　2.1.12 金属波纹管疲劳失效

　　原因有：泵轴运转时振动大；存在共振现象；转动件和密封箱未对中。

　　预防纠正措施有：消除可能产生振动的转子不平衡、轴弯曲、轴和联轴器未对中等问题；避免共振；装配时保持动静元件对中好。

　　2.1.13 弹簧变形、断裂：弹簧旋向和泵的转向不正确，弹簧就会松开、打滑、变形、开裂、断裂。必须保证单向弹簧总是夹紧轴套或动环且配置合适。

　　2.1.14 传动失效：主要有传动销磨坏和断裂；传动凸耳磨损；传动螺钉和卡箍失效。

　　原因有： a. 密封组件卡住；

　　b. 泵轴向串量太大；

　　c. 轴承失效；

　　d. 密封面润滑差；

　　e. 泵操作压力过高；

　　f. 轴弯曲大；

　　g. 轴振动过大。

　　预防纠正措施有： a. 防止润滑冲洗液中断；

　　b. 减小轴向串量；

　　c. 保持紧钉螺钉紧力，使密封元件不在轴套上滑动；

　　d. 检查轴承；

　　e. 降低操作压力；

　　f. 校直弯曲的轴；

　　g. 降低轴振动。

　　2.1.15 弹簧失弹（密封搁住），原因可能有：固体颗粒堆积；封油氧化、高温碳化、腐蚀产物和分解产物沉积；

　　预防纠正措施有： a. 对于有沉积物的介质，多用金属波纹管密封、大弹簧密封，少用小弹簧密封；

　　b. 采用可携带走沉积物的润滑冲洗液或蒸汽，防止产品热分解；

　　c. 在密封结构上保持弹簧处清洁干净；

　　d. 轴套靠近弹簧处采用硬面，避免轴套机械损坏。

　　2.2 从热损坏判断机封故障原因

　　2.2.1 密封环热裂：密封面受高磨擦、高热，产生热应力过大，金属或陶瓷密封面出现径向裂纹，呈由中心向外发射状。原因是：

　　a. 缺乏合适的润滑；

　　b. 密封面间液膜汽化；

　　c. 缺乏合适的冷却；

　　d.pV 值过大。

　　预防纠正措施有： a. 保证密封面处有足够流量的润滑冷却液带走密封产生的摩擦热和泵送热流体传导的热量，一般润滑冷却液流过轴封箱的温升应小于 22 ℃ ，轴封箱压力应高于流体在该温度下的饱和蒸汽压约 1.7Kg /cm2 ；

　　b. 密封压缩量在合理范围，尤其注意计入轴向串量的变化；

　　c. 采用抗热、耐振能力好，具有高 pV 值的碳化钨、碳化硅作密封面材料。

　　2.2.2 机封汽化泄漏

　　原因是：操作压力超高；密封冷却润滑不足；密封面变形。

　　预防纠正措施有： a. 改善密封面冷却润滑状况；

　　b. 尽量采用窄密封面的密封环，以减少摩擦热；

　　c. 检查封油（冷却液）线是否堵赛；

　　d. 机封压缩量在设计范围，即保证在合理的 pV 值下工作。

　　2.2.3 密封环表面剥落、疱疤

　　原因是： a. 密封面干磨；局部突然过热膨胀；

　　b. 碳石墨环热应力过大；

　　c. 粘性液体摩擦产生高热；

　　d. 碳石墨环内浸渍剂汽化膨胀造成隆起疱疤；

　　e. 频繁开停车造成局部过热，形成高应力，材料破坏。

　　预防纠正措施有： a. 防止干运转；

　　b. 选用双断面密封，采用热虹吸或强制循环冷却润滑系统；

　　c. 保持产品低粘度；

　　d. 避免频繁开停车；

　　e. 采用无孔隙和浸渍剂的碳化钨和碳化硅密封材料代替碳石墨。

　　2.2.4 机封摩擦副处氧化、结焦，并很快磨损和密封搁住

　　原因是：烃介质氧化或化学分解；大气侧有碳化现象。

　　预防纠正措施有： a. 采用低压蒸气背冷防止焦蜡产生和固化；

　　b. 引入冲洗液消除摩擦副处结焦；

　　c. 采用轴封箱夹套冷却；

　　d. 将机封软环更换成耐磨的硬密封材料。

　　2.2.5 镶嵌环松脱：由于镶嵌环过盈配合选择不当，在工作时的高温下镶嵌环松脱，造成机封泄漏。

　　预防纠正措施有： a. 改用整体硬质合金环；

　　b. 正确选用该材料工作温度下的配合过盈量；

　　c. 采用膨胀系数接近的材料做成镶嵌环和环座，以减少温度的影响。

　　2.2.6 辅助密封环（ ○ 型环、 V 型环或 J 型环）过热变脆、产生开裂、永久变形弹性消失

　　原因有： a. 轴和轴承箱过热；

　　b. 密封面过载产生大量的摩擦热导致过热；

　　c. 辅助密封环材料选用不正确；

　　预防纠正措施有： a. 保持密封箱冷却循环液畅通，管路无堵塞结垢；

　　b. 检查泵有无抽空、干运转；

　　c. 检查辅助密封环（ ○ 型环、 V 型环或 J 型环）材质是否满足使用温度要求；

　　d. 采用耐高温的金属波纹管。

　　2.3 从化学腐蚀判断故障原因

　　2.3.1 密封环整体腐蚀：碳石墨环与产品接触区受腐蚀作用侵蚀，整体呈现腐蚀、咬蚀、剥落、蜂窝状或掉皮，碳石墨环硬度下降。原因是碳石墨环与泵送液体性质不相容，应该重新选择密封环材料；或采用双端面密封，用冲洗液隔离腐蚀环境；或采用单端面密封加衬套、冲洗液。

　　2.3.2 密封环浸析腐蚀和结晶：浸析或结晶物聚集在密封面边缘，有时嵌在软环内，密封面磨损很快。原因可能是浸析使密封环受化学侵蚀   或泵送液体因受热结晶。可改用抗浸蚀材料；用蒸汽、热水、封油、溶剂作机封背冷以溶解或冲走结晶物。

　　2.3.3 金属表面腐蚀：由于整体腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等各种腐蚀作用，密封环、弹簧、轴套、组装套等元件失效，应选用耐蚀性好的不锈钢材料。

　　2.3.4 辅助密封圈 ( 一般是 ○ 型、 V 型或 J 型 ) 受泵送液体化学浸蚀 , 体积膨胀或收缩 , 密封圈功能丧失造成泄漏。应检查密封圈材料选用和尺寸是否正确。

　　2.3.5 弹簧、波纹管应力腐蚀：纵向焊缝轧制金属波纹管和弹簧在受力状态下处于腐蚀环境中，易产生应力腐蚀。腐蚀的原因是加工工艺中的焊缝热处理不好；材料防腐蚀能力不够。应改进热处理工艺；选用高一级的材料。

　　2.4 从密封面磨损图像判断故障原因

　　2.4.1 机械密封动、静两密封面一般由一软一硬两个密封环组成（有时也用两个硬环，俗称 “ 硬碰硬 ” ），其中软环比硬环窄。如果硬环密封面外径处接触磨损较重，软环的外缘可能有切边。在运行压力低时稳定少量泄漏，在较高压力下不漏或漏量很少。可能的原因是：密封面研磨不平；由机械效应造成密封环变形；密封面间侵入外来杂质等。

　　2.4.2 硬环密封面内径处接触磨损较重，软环的内缘可能有切边，密封面形成锥角。可能是密封环热变形，应改善密封的冷却或更换密封材料。

　　2.4.3 硬环密封面上接触磨损的宽度远大于软环宽度，泵静止时密封不漏，运转时连续滴漏。可能的原因是：泵对中不好；轴弯曲；轴承间隙大或损坏；泵振动或汽蚀；泵憋压；静环偏心或未对中。

　　2.4.4 静环上有一处或几处高点接触，动静密封面互相不平行。可能的原因是：泵轴对中不好；机封压盖和静环接触处有毛刺或沟槽；机封压盖变形（可能螺栓扭矩过大），动、静环密封面平直度不够；防转销位置不正确或静环槽过浅等。

　　2.4.5 密封面偏心接触，静环上有偏心接触图像，如果静环无破损，动环上无异常磨损。一般是动环未对中，可能的原因是：动环结构设计和间隙不正确；轴套外径和轴封箱内径不同心。

　　2.4.6 压盖螺栓处有密封面接触图像，在每个螺栓位置静环密封面上，有机械变形高点，动环情况正常，机封在静止和运转时均有连续泄漏。原因是螺栓过紧造成压盖变形 , 应更换压盖垫片，保证垫片全面接触，防止压盖变形。

　　2.4.7 硬环高度磨损，软环使硬环磨出 360 ° 的均匀深槽。原因是密封面间无润滑液体，可能是灌泵时泵未灌满；循环冲洗线或封油线堵塞；封油罐未加封油等。

　　2.4.8 硬环磨损严重或产生 360 ° 热裂纹，软环高度磨损，有时大气侧有碳石墨粉积聚。原因是密封面摩擦热量大、产品温度高，冷却液大量汽化，应该加强密封面的冲洗和冷却，降低密封面温度，改变材质或改变密封结构。

　　3 结束语

　　随着材料和制造技术的进步，机械密封的可靠性有了极大的提高，现在机械密封本身可以无故障运转多年。单纯由于机封本身原因造成机泵泄漏的情况并不很多。处理机泵泄漏问题时，我们一定要综合考虑泵的安装精度、操作运转条件、机封装配精度等方面因素，查清原因，有针对性的解决存在的问题。