陈 斌，侯玉杰，李金柱

（中国海洋石油渤海石油管理局渤南作业公司，天津 300450）

0 引言

石油化工行业生产需依靠各种机械设备，如压缩机、发电机、空压机、各种泵类等，各种泵类的应用占据着很重要的地位。泵按照其工作原理可分为容积式、叶轮式和射流式。容积式泵是通过泵在电机带动下实现活塞往复运动，间歇性地改变泵体内部空间体积，达到介质输送的目的，如柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵等。叶轮式泵通过电机带动叶轮高速回转，把机械能传递给介质，达到介质输送的目的，如离心泵、旋涡泵、混流泵等。

单级离心泵性价比高，已被广泛应用，其工作原理是：电机或其他驱动装置通过联轴器带动泵轴高速运转，固定在泵轴上的叶轮在高速回转作用下，叶轮的边缘会产生很强的离心力，使内部液体在离心力的作用下沿水道被甩向四周，再经过流道实现液体的输送。为了不使内部高压液体因为泄漏而减少压力损失和污染环境，机械密封作为单级离心泵的核心部件，在行业中也起到至关重要的作用。但是机械密封由于其材料、输送介质内的清洁度、配件磨损等因素经常出现各种问题，影响单级离心泵的正常运转。针对单级离心泵轴套与密封圈不匹配的问题，根据实际经验提供一种有效解决方案。

1 离心泵类型

离心泵是一种典型的旋转式流体机械，有多种分类，按叶轮的数目可以分为单级泵和多级泵。单级离心泵为泵壳包裹单个叶轮，多级离心泵为泵壳包裹多个叶轮，可以形象地理解为：多级离心泵是单级离心泵的串联使用。按工作压力分为低压泵、中压泵和高压泵。离心泵有不同的类型，根据实际工况在选型时，可以根据构造的不同，选择单级泵或多级泵，也可以根据所需压力大小选择高压泵、中压泵或低压泵。离心泵是由泵壳、转子、轴承、机械密封及其他基础系统组成，其中泵轴与叶轮构成的转子系统是其核心部件。

叶轮可以根据结构分为开式叶轮、半开式叶轮和闭式叶轮。开式叶轮的工作效率比较低，可以达到50%，通常用在含颗粒比较大的介质输送中，如泥浆泵、水泥砂浆泵等。半开式叶轮的效率较高，可以达到70%左右，通常应用在输送介质黏度较高或含有可粉碎颗粒介质的流程中，如粉碎泵等。闭式叶轮的效率很高能够达到和泵壳很密切的配合，工作效率通常可以达到90%以上，是石油化工当中应用最多的一种，但是对于输送介质的要求也是比较高的，首先要保证介质的黏度不能太高，其次对于介质的清洁度也有一定要求。

泵壳的作用是密封液体并改变液体的流动方向，将动能改变为静压能。转子系统为所输送介质提供机械能。

机械密封是离心泵中常用的一种轴向密封装置属于端面密封，是一种高科技机工产品，在泵、液压传动和相关设备的旋转装置的轴向密封中较为常见。主要是依靠固定于轴套上的机械密封动环，通过补偿装置使动环与静环在旋转时紧密贴合实现密封。机械密封的摩擦副一般采用石墨、陶瓷或碳化硅等，本文所述机械密封的动环材料为碳化硅，静环材料为石墨。离心泵在运转过程中存在各种磨损，如运转过程中零部件受力不均匀导致磨损，在磨损较为严重的情况下，摩擦副表面结构出现缝隙或孔洞，引发机械密封严重泄漏现象。

机械密封的泄漏原因主要有：①动环与静环之间的密封面磨损；②静环与静环座之间密封不严；③静环座与泵体之间密封不严；④动环与轴套之间密封不严；⑤轴套与泵轴之间密封不严。

离心泵工作过程中，导致机械密封泄漏的原因主要有：①输送介质的量达不到冷却润滑机械密封的要求；②输送的介质含有杂质的数量比较多，导致动静环接触面被磨损漏液；③输送介质的温度比较高，不能带走摩擦过程中产生的热量；④滤网长时间脏堵导致供液不足。

要保证离心泵的正常运行，需要做好以下5 点：①保持进口滤网清洁；②避免离心泵吸入管线过长，减少弯头部分；③降低输送介质的温度；④降低离心泵入口的吸入高度；⑤适当增加离心泵吸入口的正压头。

在检修过程中，发现离心泵轴套与机械密封动环密封圈间隙不能满足现场使用需求而引发的泄漏问题，下面将以此次检修作业进行简单叙述，并提供解决方案。

2 案例分析

在原油工艺流程中，闭排泵是很重要的设备之一，如无法正常运转就会造成闭排罐液位过高，导致生产流程关断，严重时还会导致海洋环境的污染。闭排泵在原油工艺流程中地位显而易见，在日常的工作中应该加强日常检修，在检修作业中技术人员需要增强相关知识，保证其能够正常地运转并发挥作用。

在对某海洋石油平台的例行巡检中，操作人员发现闭排泵机械密封突然失效，造成介质沿泵轴向外喷射，需快速抢修，随即倒泵停机。首先暂时关闭闭排泵，再配合操作人员将闭排泵切换到另外一台，对其做好隔离，防止泄漏。为确保平台闭排泵随时处于正常备用状态，不影响工作，立即根据现场的实际情况进行了作业的风险分析，对可能存在的问题和操作过程中可能出现的风险，逐一做严密分析，并有针对性地制定了预防措施。在做好严密准备后，有序使用预备好的工具，立即对闭排泵进行拆检寻找问题原因。经过拆检发现，造成机械密封压盖与轴套之间的泄漏，是因为闭排泵在运转过程中混入杂质，导致机械密封的动静环已经磨损破碎，无法也无需进行修复，只能进行更换。排查出问题后，随即对机械密封压盖、轴套、泵轴的油污进行清洗、打磨等程序，再涂抹润滑油准备安装新的机械密封。

在安装机械密封的过程中，出现了尺寸误差，动环与轴套之间的密封圈出现卡滞，不能有效回弹，动静环密封面不能有效贴合实现密封作用。经过游标卡尺测得新旧动环的内径存在误差，动环安装完毕后调整弹簧压缩后无法正常回位（图1）。测量泵轴套外径、旧机械密封内径和新机械密封内径尺寸，测量结果如下：旧的机械密封内径尺寸为49.96 mm（图2）；新的机械密封内径尺寸49.77 mm（图3）；新、旧机械密封的动环内径相差0.18 mm。由于尺寸误差，致使密封O 形圈被挤压过度从而与轴套紧密抱合，且间隙过小，致使压缩后的弹簧无法正常恢复。轴套的测绘尺寸加工前为49.77 mm，首要任务是对其进行打磨，增大密封圈与轴套的配合间隙，使其在轴套上能够自由滑动。

图1 调整弹簧压缩后无法正常回位

图2 旧机械密封动环内径尺寸

图3 新机械密封动环内径尺寸

经过测量、对比和综合考虑，为了减少资源浪费，选择出了性价比相对较高的方案，即对轴套进行加工，使轴套与机械密封的配合间隙调整到合理范围实现有效配合，保障设备的正常运行。经过严密测绘，准备用锉刀、砂纸等将轴套磨削去除0.18 mm，使其与新的机械密封能够实现有效配合，满足使用要求。但是由于可用加工设备受限，并没有车床可供使用，手动锉削又无法保证轴套外径的圆度及光滑度，无法对其质量进行保证，若轴套表面粗糙，即使能够满足尺寸的要求也无法进行有效密封。根据现场实际情况有效选择可用设备，决定使用套丝机对其进行磨削加工。将轴套夹持在套丝机的卡盘上，套丝机带动轴套匀速旋转，将锉刀按压在轴套上进行磨削，均匀施力保证轴套表面受力均匀（图4）。在锉削的过程中，不断使用游标卡尺进行测量，保证数据的准确性，直至磨削到Φ49.58 mm 后，再使用细砂纸将锉纹和毛刺清理光滑（图5）。

图4 利用套丝机和锉刀配合进行轴套余量的挫削

图5 使用细砂纸对锉纹和毛刺进行清理打磨

为了保证被加工后的轴套处于良好的光滑度及圆度，使用百分表对加工后的外表面进行全范围的多点测量，结果显示，该轴套尺寸在合理范围内，能够满足密封O 形圈的使用要求。用锉刀清理套丝机夹持轴套的压痕，保证其表面完全光滑。轴套加工完毕后，将新的机械密封比照调整，再将其安装到加工过的轴套上。经检验，按压弹簧后可自由弹起，达到了使用标准的要求。最后，按照相反的顺序依次将泵进行回装，解除隔离后起泵运转，发现泄漏现象消失，泵各项参数正常。

3 结语

本文通过实例，简单讨论了一种单级离心泵机封与轴套的修复方法，涉及多个机修钳工的技能，要求现场操作者有扎实的理论知识、丰富的实操经验和较好的心理素质，耐心、细心地查验问题，力求精准地解决问题。最为重要的是，要有发散思维和极高的动手能力，因为上文实例的解决，几乎是在无加工设备的情况下，利用套丝机对泵轴进行加工，再通过加工轴套外径尺寸，使机械密封动环调整弹簧能够正常回弹，恢复泵的正常运转。不仅锻炼了发散思维、周密部署，还节约了大量的配件费用和维修时间成本，实现降本增效。