渣浆泵机械密封频繁失效原因分析及对策

黄世岸

（广西华银铝业有限公司 矿山部，广西 德保 533700）

广西华银铝业有限公司矿山部排泥加压站的排泥泵，采用三级加压方式，往4.5 km外的尾矿库输送泥浆，每年输送浓度为30%左右的泥浆达900多万m3，在矿山生产中发挥重要作用。

渣浆泵型号为150ZGB-120AP，流量400m3/h，扬程100m，3台泵串联使用，共4组12台。渣浆泵轴封装置采用集装式ZMHZ型机械密封，利用辅助冲洗系统外加轴封水，其冲洗水随渣浆一起输送，如图1所示。

图1 ZMHZ型机械密封装配图

1 生产现状

随着产量提高，2011年初渣浆泵开始频繁出现机械密封过早失效故障，寿命偏短，平均寿命仅400台时左右；维修率高，仅2011年上半年就更换机封28套。频繁更换机封，消耗大量人力物力，同时对生产的连续性造成很大影响。

2 原因分析

机械密封又叫端面密封，是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用，以及辅助密封的配合下，保持贴合，并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。

机械密封过早失效，一般是由于选型不对、品质不良、泵振动偏大、泵轴的轴向窜量大、没有辅助冲洗系统或辅助冲洗系统设置不合理、检修维护不良等因素造成。失效泄漏点主要有5处：

（1）轴套与轴间的密封；

（2）动环与轴套间的密封；

（3）动、静环间密封；

（4）对静环与静环座间的密封；

（5）密封端盖与泵体间的密封。

经过分析判断，矿山渣浆泵机械密封基本上均为动、静环间密封失效泄漏。

分析其原因有以下几点：

2.1 机械密封装配、操作及维护不当

检修更换安装机械密封时，压缩量过大或过小，不能保持密封面清洁，用工具敲打密封元件，造成损伤和破坏，辅助密封圈（包括动环密封圈和静环密封圈）安装不到位等，都会造成机械密封过早失效；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，导致密封破坏。经检查分析，维修、操作不善，的确造成了部分机封的非正常损坏。

2.2 辅助冲洗系统设置不合理

机械密封的辅助冲洗系统，是非常重要的，其可以有效地保护密封面，起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。如果辅助系统设置不当，则会造成冲洗液中有杂质，冲洗液的流量、压力不够，达不到密封效果。

华银铝矿山排泥渣浆泵机械密封辅助冲洗系统，采用两台型号为D20-35×9多级离心泵并联使用提供轴封水，供水方式为并联供水，同时往12台渣浆泵供应轴封水。如图2所示。

图2 辅助冲洗系统

（1）轴封供水方式不合理。按照设计要求，外接轴封水压力一般应高于泵出口压力0.1～0.2MPa，轴封水量0.7 L/s。矿山排泥系统轴封泵扬程315m，泵出口压头可达3.0MPa以上。

排泥泵出口压力为：一级泵约1.0MPa，二级泵约1.8MPa，三级泵2.5～2.7MPa。目前排泥渣浆泵机械密封泄漏，主要集中出口压力最高的第三级泵，占机封总故障的80%左右。

分析认为，随着公司2010年40万t氧化铝提产技改的完成，矿山产量提高，排泥量相应的也增加，原本2用2备的排泥泵，很多时候都需要开启3组泵，原来轴封供水方式为并联，往一二三级泵同时供应轴封水，开启两组以上排泥泵时，由于设备台数较多，轴封水路存在分流减压作用，第三级泵机封所需的轴封水压力与流量均不足，机封频繁过早失效。

（2）轴封泵进口管路布置不合理。轴封泵进水管与矿山回水池及强力搅拌槽清水补充管道，处在同一管道，且轴封泵进水口排在最末端。在实际生产中，回水池或清水搅拌槽大量补充清水时，会造成轴封泵进水不足，从而做功不足，甚至打空，轴封水压及流量均偏低，不能满足排泥渣浆泵，尤其是第三级泵机械密封轴封需要，造成机械密封过早失效。

（3）轴封水路没有清理装置。轴封水路末端没有安装放空装置，机封失效时，有时可能会造成泥浆倒灌进轴封水路总管，而检修维护时，也可能会在管路中留下一些焊渣等杂质，如不能定时清理，运转中进入摩擦副，探伤动、静环密封端面，会造成机封过早失效。

分析认为，辅助冲洗系统设置不合理，2台轴封泵难以胜任4组排泥加压泵轴封水需要，三级泵出口压力偏大，与一、二级泵共管使用轴封水，效果不好。

2.3 安全联锁机制不理想

排泥渣浆泵的运行，与轴封泵的运行联锁。但是当轴封泵做功不足，轴封水压与流量偏低，甚至因操作失误忘开轴封泵出口阀门，此时排泥泵却未跳停，造成机封瞬时损坏。

3 解决方案

3.1 规范化检修、维护操作

完善规范检修维护规程，检修更换机械密封时严格把关，加强培训，提高维修工人安装技术水平，杜绝违章违规操作。同时加强对日常操作的监督管理，做到正确操作，精确点检，细心维护。

3.2 优化整改辅助冲洗系统

对辅助冲洗系统进行优化整改。主要采取如下措施：

（1）新增一组轴封泵，并联入原来两台泵水路；

（2）整改轴封泵出口管路，原来每台轴封泵均向一、二、三级排泥泵供水，改为单独用1台轴封泵对第三级排泥泵供应轴封水，单独用1台泵供应一、二级排泥泵轴封水；

（3）利用三通与阀门控制，每台轴封泵均可以在供应一二级排泥泵轴封水与第三级泵轴封水之间切换。轴封泵可以相互切换使用。

（4）轴封水管路末端增加闸阀，定期清理管内沉积残留杂质，提高冲洗水品质。

（5）轴封泵进水管与回水池、强力搅拌槽清水补充管道分离，单独布管引水，使轴封泵时刻保持进水足够，做功足够。

图3 整改后辅助冲洗系统

3.3 优化联锁装置

利用管内压力控制联锁，在轴封水路中安装压力传感器，联入PLC自动控制系统，设置相应的最小压力值（一二级供水管路设置为2.5MPa，三级供水管路设置为3.0MPa），当轴封管路轴封水压力小于设定值时，排泥泵跳停，有效保证机封的安全正常使用。

3.4 整改后的效果

轴封泵做功足够，渣浆泵轴封水压力、流量足够，一二级泵压力均达到2.8MPa以上，三级泵压力达3.0MPa以上，流量保证在1.0 L/s以上。可在不同工况下调节切换使用，联锁机制安全有效，可定时清除水路内杂质。机封运行平稳，故障减少，寿命提高，整改后排泥站渣浆泵运行半年多来，仅检修更换8套机封。

4 结束语

机械密封是一种要求较高的精密部件，对设计、装配品质及辅助装置等，有很高的要求。增加对机械密封辅助系统的重要作用的认识，尽可能配备完善的机械密封辅助系统，以提高密封效果，这样才能保证密封长期可靠地运转，满足生产需要。

[1]顾永全.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

[2]唐增宝，等.机械设计课程设计[M].武汉：华中科技出版社，1999.

[3]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001.

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