某石化公司乙烯配套裝置采用國外主流工藝包，生產(chǎn)大宗化學商品，是國內(nèi)生產(chǎn)該化學品的主要生產(chǎn)基地。真空泵選用的是德國進口真空泵，兩側均采用單列深溝球軸承。介質(zhì)：少量輕組分有機物+水蒸汽+空氣，真空度：0.3066/1.16bar，流量：65.8/98.7kg/h，吸入壓力：0.031MPa(A)，排出壓力：0.16MPa(A)，工作液溫度要求低于25℃，工作液冷卻溫度要求-8℃。
進口液環(huán)真空泵與其它類型機械真空泵相比具有以下優(yōu)點(見圖1)：結構簡單，維護方便;可靠性高，一般三年換一次機械密封;制造精度要求較低，一般機械廠即可加工泵配件;結構緊湊，占地面積小;泵的轉數(shù)較高，一般可與電動機通過膜片聯(lián)軸器直聯(lián)，無需減速裝置;結構尺寸較小，可獲得較大的排氣量，占地面積比其他機械真空泵小很多;抽送(壓縮)氣體基本上是等溫的，即壓縮氣體過程溫度基本無變化，故可以抽除易燃、易爆的氣體或汽液混合物，多用于石油、石化等易燃易爆危險場所。由于泵腔內(nèi)無金屬直接接觸的磨擦表面，轉子和定子之間存在間隙，正常運行無磨損，無須對泵內(nèi)轉子和定子進行潤滑。轉子和定子之間的密封可由機械密封來完成，載荷低且無軸向力，機械密封運行周期較長，正常運行可達三年以上(API標準);吸氣均勻，工作平穩(wěn)可靠，操作簡單。
1 故障現(xiàn)象
P-502工藝流程：將進口真空泵塔抽真空，以滿足進口真空泵非驅動端機封滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)機封石墨動環(huán)摩擦副窄面有兩處磨損(見圖3)，密封圈、彈簧座等其他部件均完好，當日更換機封一套，軸承一套，投入運行。同時通知廠家對機封進行改進，要求對機封動靜環(huán)材質(zhì)進行改進，調(diào)整端面比壓，增設端蓋密封墊。
同年，進口真空泵非驅動端機封再次出現(xiàn)滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)，仍是機封石墨動環(huán)摩擦副窄面有多處磨損(見圖4)，其他部件均完好，當日更換機封一套，投入運行。改進后的機封送至裝置，廠家只對石墨動環(huán)材質(zhì)進行升級，由原國產(chǎn)M158石墨改為進口石墨。隨后，進口真空泵非驅動端機封再次出現(xiàn)滴漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)，機封石墨動環(huán)摩擦副窄面整個圓周外邊磨損(見圖5)，軸承箱有輕微磨損(見圖6)，其他部件均完好，當日對軸承支架進行噴涂，更換改進后的機封一套，軸承一套，投入運行。接著，進口真空泵非驅動端機封再次出現(xiàn)滴漏，請示上級后，決定對機泵整體拆檢，對泵軸進行校核，發(fā)現(xiàn)該泵軸機封處徑向跳動為 0.15mm，超過機封允許值0.05mm。機封石墨動環(huán)摩擦副窄面仍有多處磨損，其他部件均完好，當日更換泵軸一根，兩側機封兩套，軸承兩套，回裝完畢后，進行加水試漏，未發(fā)現(xiàn)泄漏。 2016年6月23日，對進口真空泵進行現(xiàn)場安裝調(diào)試，14:30進行充水試漏，驅動端機封泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)靜環(huán)O圈尺寸偏小(見圖7 )，靜環(huán)容易脫落，處理后進行回裝。15:40再次充水試漏，仍然是驅動端機封泄漏，拆檢后發(fā)現(xiàn)機封壓蓋裝配未到位，現(xiàn)場加工壓蓋墊片，于18:30充水試漏，19:30啟泵，運行正常。
2 原因分析
2.1 機械密封本體
機械密封失效首先要分析集裝機械密封自身是否存在問題。在拆件機械密封后，發(fā)現(xiàn)機封質(zhì)量和結構存在問題，動環(huán)石墨等級不夠，受到輕微沖擊容易磨損;O型圈尺寸偏小，靜環(huán)容易脫落，軸向約束不夠;機封壓蓋無墊片，密封效果不好。
但在解決上述問題后，機械密封依然存在頻繁失效，因此機封質(zhì)量和結構不是機械密封失效的主要問題。
2.2 葉輪汽蝕
從進口真空泵機械密封失效的統(tǒng)計記錄進行分析，汽蝕是造成真空泵轉子和固定件嚴重磨損和機械密封損壞的主要原因。進口真空泵工作時，若泵內(nèi)局部區(qū)域的壓力降低到液體相應溫度的飽和蒸汽壓力以下，則液體發(fā)生汽化，產(chǎn)生氣泡。氣泡隨著液體的流動，這些氣泡被帶到高壓區(qū)。在高壓下，氣泡突然破裂，蒸汽重新凝結，出現(xiàn)空穴。這時，四周的水高速流向空穴，形成局部高頻水錘，其頻率可高達上萬赫茲，局部壓力可高達幾千兆帕，導致金屬表面受到破壞，并出現(xiàn)振動和噪音。
進口真空泵工作時，由于操作錯誤，突然關閉或開啟閥門，造成液體流動速度急劇改變或是進口真空泵運行時工作液體溫度上升(高于25℃)，引起泵內(nèi)壓力的方向和大小發(fā)生周期性、急劇的變化，產(chǎn)生水錘現(xiàn)象，使金屬表面損壞或者造成動靜部件之間非正常磨損。液環(huán)真空泵葉輪汽蝕后，如果巡檢發(fā)現(xiàn)不及時，很可能造成葉輪破壞，就會磨損其兩側的分配隔板，產(chǎn)生泵體振動和過熱現(xiàn)象，對泵的安全穩(wěn)定運行構成嚴重威脅;使葉輪的平衡受到破壞，由于液環(huán)真空泵電機軸承和泵軸承均不帶止推功能，不能平衡軸向力，軸承工作條件將惡化，從而造成軸承溫度升高，軸承失效，振動和噪聲增大，甚至會降低泵基礎的堅固性和穩(wěn)定性，使事故擴大;此外，進口真空泵葉輪汽蝕，形成大面積的蜂窩、點蝕，會使真空泵的揚程降低，機泵性能惡化。從現(xiàn)場運行情況以及頻繁失效后泵的運行情況來看，機械密封失效并非由于葉輪汽蝕。
2.3 泵件磨損
將泵體拆開后發(fā)現(xiàn)一級葉輪、二級葉輪軸向以及圓周均未出現(xiàn)磨損;相應的泵體端蓋以及泵隔板均未出現(xiàn)磨損。兩級葉輪之間的定距套，經(jīng)查尺寸未與圖紙出現(xiàn)較大偏差。因此將轉子送廠家進行動平衡校核和轉子跳動檢查。泵軸彎曲變形，機封處徑向跳動為0.15mm，超過機封允許值0.05mm(見圖8)，使機封小振幅機械拍擊，并且形成周期性軸向沖擊載荷，更換新機械密封一周后石墨動環(huán)逐漸磨損。
3 結語
真空泵設備的工作系統(tǒng)較為復雜不但涉及泵和機械密封自身的質(zhì)量，還涉及工藝系統(tǒng)、運行操作、真空泵維修質(zhì)量。我們不但要加強專業(yè)技術學習，提高專業(yè)技術水平，認真研究備件結構和質(zhì)量，重新進行設計，確保結構合理，質(zhì)量達標，并在短期內(nèi)進行儲備;還要加大設備故障原因的分析力度，針對每一起故障，深入研究分析，找到問題的真正原因，采取相應措施進行處理，確保故障一次性消除;更要加強維修技術水平，通過查找規(guī)范、設備說明書等資料，不斷完善維修規(guī)程，使其具有實際性的指導，確保安裝尺寸和質(zhì)量;加強設備維修組織和監(jiān)督，提升真空泵維修技術水平，加強保全工的管理，提出明確的維修要求，維修全程跟蹤監(jiān)督，確保真空泵維修質(zhì)量和效率;加大設備日常巡檢力度，提前發(fā)現(xiàn)問題，進行計劃維修和預知性維修，提升設備管理水平，減少真空泵故障維修。