关于机械密封应用和失效的探讨

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随着工业企业流程化 、自动化水平的不断提高，设备稳定性、可靠性显得尤为重要。据统计60%机械设备非计划停车事故与密封故障造成泄漏有直接联系，密封性能已成为评定机械产品质量的-个重要指标。随着密封技术水平的不断提高，工业泵用密封正由传统的填料密封向机械密封发展。机械密封技术以其性能可靠、泄漏量少、使用寿命长 、功耗低、无需经常检修 ，应用于冶金、石油、化工企业工业泵中。笔者通过近几年的使用经验，总结出机械密封在工业泵上检修、维护的-些经验，取得了治理泄漏的-些效果-、 机械密封常识机械密封的工作原理机械密封是靠-对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。

二、机械密封的构造如上图，-般机械密封 由 l静环、2动环、3弹簧 、4弹簧座 、5紧定螺钉 、6动环密封圈和 8静环密封圈等元件组成，7防转销固定在9压盖上以防止静止环转动；A、B、C、D-通道。

机械密封 中流体可能泄漏的途径有 4种 ，如图所示： A、B、C、D 4个通道。其中 C、D泄漏通道分别是静止环与压盖 、压盖于壳体之间的密封 ，二者均属静密封。B通道是旋转环与轴之间的密封。但端面磨损时，它仅能随补偿环沿轴向作微量的移动 ，实际上仍然是-个相对静密封。因此 ，这些泄漏通道相对来说比较容易封堵。静密封元件最常用的有橡胶O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作为补偿环的旋转环或静止环辅助密封，有时采用兼备弹性元件功能的橡胶、聚四氟乙烯材料及金属波纹管的结构。A通道则是旋转环与静止环的断面彼此结合作相对滑动的动密封。因此，对密封端面的加工要求很高 (平面 度 为 0.0009ram，表 面 粗 糙 度 ：硬 环 Ra≤0.1 m，软 环 Ra≤0.2 m)。为了使密封端面间保持必要的润滑油膜 ，必须严格控制端面上的单位面积压紧力。端面上单位压力过大 ，不易形成稳定的润滑液膜 ，会加速断面的磨损。断面上单位压力过小 ，泄漏量增加。所 以，要获得良好的密封性能有较长 的寿命 ，在安装机械密封时，-定要保持端面单位压力值在最适当的范围内。

三、机械密封的选用每-种机械密封，只有用于规定的范围内才能有效地发挥作用。选型不当，则会使密封性能显著降低，寿命缩短，甚至失效；选型的主要参数如下：1.密封腔介质压力P：介质润滑性好，粘度较高时，P≤O.8MPa选用非平衡型。 介质润滑性差 ，粘度低时，P≥0.5Mpa2.线速度 v：V≤25m/s选用旋转型。 V25m/s时选用静止型。

3.PV值：PV值涉及到密封面之间流体膜 的稳定性 (汽化)和磨擦副的耐磨性。 PV极限值举例 ：当介质为水时，钴铬钨合金 ，石墨 ，平衡型是 7，非平衡型是2；碳化钨/石墨，平衡型是35.5，非平衡型是9：碳化硅/石墨，平衡型是 142，非平衡型是35.5；碳化硅/碳化钨，平衡型是26.6，非平衡型是7；碳化钨，碳化钨，平衡型是9，非平衡型是2。

1 52 I中国化工贸易l C；hi怡Ctemic8；nade4.密封介质温度在没有外冷条件下，机械密封的最高温度-般撒于辅助密封材料的安全使用温度。丁晴橡胶安全使用温度为-30～100℃，硅橡胶安全使用温度为 -40～200℃，乙丙橡胶安全使用温度为 -10-160℃，氟橡胶 安 全使 用温 度 为 -30-180oC，聚 四氟 乙烯 安全使 用 温 度为- 100～200℃。

5.介质的特殊性5.1粘度：低粘度介质易于干磨损宜选用平衡型。高粘度介质 ，宜选用强制传动结构。

5.2腐蚀和化学溶剂：A强腐蚀宜用外装式的四氟波纹管密封；B辅助密封在不同化学介质中的适用表如下 ：材 绷l掌 料 丁晴隙皎 硅l缴 撇 靠捞皎 榜咬 乙烯翰 丁酿 丙 碱 糟 藕 无 帮刹 酴 碱 溶 用 挥蓟 碣；j鳞取 性矿翰 弱 二氧 赦痧域 7职 昂 剂瑟 途 蟹轨H鲰 水 醵 弱晾 氨 过氧I：铜移搴渤I薜 质 水等5.3含悬浮固体颗粒 ：动静环材料宜选用碳化钨，碳化钨，碳化硅/碳化硅，当颗粒易于阻塞密封腔时 ，需采用辅助装置经过过滤或分离后的冲洗液冲洗端面。

四、机械密封的失效1.安装静试时泄漏机械密封安装调试好后 ，-般要进行静试，观察泄漏量。如泄漏量较小 ，多为动环或静环密封圈存在问题 ；泄漏量较大时，则表明动、静环摩擦副间存在问题。在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上 ，再手动盘车观察，若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题；如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题 ；如泄漏介质沿轴向喷射，则动环密封圈存在问题居多，泄漏介质 向四周喷射或从水冷却孔中漏出，则多为静环密封圈失效。

2.试运转时出现的泄漏泵用机械密封经过静试后，运转时高速旋转产生的离心力，会抑制介质的泄漏 。因此 ，试运转时机械密封泄漏在排除轴问及端盖密封失效后 ，基本上都是 由于动、静环摩擦副受破坏所致；引起摩擦副密封失效的因素主要有：A.操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面分离。

B.对安装机械密封时压缩量过大，导致摩擦副端面严重磨损、擦伤。

D.静环密封圈过松，当动环轴向浮动时 ，静环脱离静环座。

E.工作介质中有颗粒状物质，运转中进人摩擦副，损伤动、静环密封端面。

F.设计选型有误 ，密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。

上述现象在试运转中经常出现 ，有时可以通过适当调整静环座等予以消除，但多数需要重新拆装，更换密封。

3.正常运转中突然泄漏离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命 ，而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的，主要原因如下：A.抽空、气蚀或较长时间憋压 ，导致密封破坏。

B.对泵实际输 出量偏小 ，大量介质泵内循环，热量积聚 ，引起介质气化，导致密封失效。

C.回流量偏大 ，导致吸入管侧容器底部沉渣泛起，损坏密封。

D.对较长时间停运，重新起动时没有手动盘车，摩擦副因粘连而豫 憩嬲20趱13 8 年月霞 中国化工贸易 China Chemical Trade 囊 茎油田抽油机节能改造中节能电控装置的应用分析赵晓春 李晓峰(长庆油田第八采油厂)摘 要：在经济社会的快速发展中，各行各业的生产以及人们的生活对油气资源的需求也在不断增加，石油行业不断深入发展。在石油开采过程中，抽油机的应用是必不可少的设备，抽油机耗电能量高，在现代石油企业革新改造中，是节能项目的重点，关于抽油机的节能措施，目前主要是在抽油机上安装节能电控装置，该措施在应用中所需投入成本小，效果十分显著，所以在今后的油田节能发展中还将继续深入 笔者在本文中对油田抽油机节能改造中的节能电控装置的应用进行了分析，旨在通过本文的烟酒味油田抽油机的节能改造提供科学的指导，为油田节能工作作 出更多的贡献。

关键词：油田抽油机 节能 电控装置 应用-、 油田抽油机的耗电原因传统油 田生产中使用的抽油机大多是游粱式抽油机，该抽油机耗电量高，在生产效能上表现也并不甚佳，笔者在此分析了油田抽油机能耗高、效率低的几点原因：1.抽油机载荷与电动机工作特性不相符油田抽油机，尤其是游粱式抽油机的悬点负荷是周期性的变载荷，悬点载荷在减速器柄轴上的扭矩与曲柄平衡存在着较大的差别，造成了曲柄轴上的净扭矩产生的变化较为明显。与之相比，三相异步电动机输出的转速和扭矩之间的变化就微乎其微，且稳定不变，而为了满足峰值扭矩的要求，就衙要配备较大功率的电动机，此种情况下就会出现生产过程中-般状态下电动机负载过轻，造成电能的耗费与效率的低下。

2.能量转换效率低抽油机工作 中，曲柄的角度不断变化 ，在不同的角度变化下，平衡效果也有不同。-般来说 ，在角度为 90o时为发 电的状态 ，发电量与平衡效果有着正相关的关系。电动机的发电原理则是在 电动和发 电转换过程中发电机的效率为最低值，所以在转换的过程中效率不高。

3.抽油机换向过程中的悬点加速度较大油田生产中抽油机的抽油杆长度都很大，在长期的工作中难免会发生变形 ，而换向过程中发生的变形最为严重 ，抽油杆变形对光杆与活塞的运动产生了很大的差别，抽油杆变形 ，使得活塞 的运动路径有明显缩短 ，抽油泵的充满系数也会随之降低。而抽油机 的储能是其工作效率的保证，此种情况下就会使得抽油机在耗能上更高，所需动力更大。

二、节能电控装置的应用1.继电接触器调压在油田装备选用上，-般都是按照最大扭矩选择电动机来保证生产的顺利进行 ，但是油田抽油机在启动时带载 ，惯性扭矩较大 ，而在启动后的运行状态下扭矩又较低 ，所需功率也有较大的下降，这样就造成了抽油机的高能耗低效率的弊端。继电接触器调压，能够进行定子绕组进行不同状态的自由切换 ，实现有效 的降压节能 ，继 电接触器在安装后 ，异步 电机通过定子绕组在启动时成三角形接法 ，在正常运行后转为三角-星形混合绕组，能够有效降低电压和功率，大幅降低能耗。

2.变频调速器在当前的油田勘探开发中，越来越多的出现的是低渗透油藏 ，此种油田的渗透力较差 ，抽油机的泵排量无法满足实际需要 ，所以传统的方法就是在油井生产中实行间开制度，但是该方法对产油量有着较大的消极影响，不适宜在油田开发中广泛应用。针对低渗透油藏对抽油机的需求原理，最为有效的方法应当是改变抽油机的电动机转速，增大抽油泵的排量，来满足低渗透油藏渗透力的需要。经过实践研究发明了-种变频调速器 ，通过在抽油机上安装应用，能够有效的解决这-问题。变频调速器能够根据油井的出油量不同，递送调节抽油机的电动机转速，产生不同的功率变化，大幅降低不必要的能耗。

变频调速器的应用具有很多的优点，例如 ，在不 同的油井实际产油量不同的状况下自动调节发动机转速，不但能够保证生产的顺利进行，还能大幅降低耗电量，减轻整个油田电网和变压器的压力，减少高负荷运行下的线路损伤●后变频调速器的安装使用将是油田节能的趋势，也将得到更大范围的推广应用。

3.间抽控制器油田中各个油井的生产能力有很大的差异，但是在抽油机的配备上则是按照最大的产出能力选炔装的，所以泵效低是-种必然现象，电能的浪费也成为必然。对此，实践中应用了间开制度，通过在抽油机上安装间抽控制器，在油井 产液低或者不产液时 ，抽油机就会关闭，待产液积蓄-定量时，抽油机自动开启，这样不但提高了工作效率，也大幅减少了电能损耗。问抽控制器的应用也具有明显的优势，在油井产量变化时，避免了原来实际油时间过长甚至空抽的情形，通过智能间抽控制器的不断研发使用，抽油时间的控制精度更加准确，电量的耗损也显著降低。

除了以上三种电控装置外，在我国的油田生产中还有其他多种电控装置能够用于油田抽油机的节能 ，今后我们也应当在此 目标下，研制出更多的具有节能效果的电控装置，应用于油田抽油机的节能改造 中。

三、结语在全社会普遍开展节能减排的形势下 ，油田作为耗电大户，也应当将节能工作开展起来 ，尤其是油田抽油机的节能改造，对油田企业的节能以及整个社会的节能工作都具有重要意义。本文对油田抽油机的耗能原因及逆行那个了分析 ，也详细介绍了几种节能电控装置 ，各个油田企业应当根据油井的不同特性选择应用不同的方法 ，来实现油田的节能目标。在今后还要在油田抽油机节能改造中不断进行研究，在实践的基础上引进新技术、新方法 ，研制出更多的具有节能效果的电控装置 ，应用于油 田抽油机节能改造中，为油田节能工作作出更多的贡献。