Awaria uszczelnienia mechanicznego: przyczyny, objawy i zapobieganie

Najważniejsze wnioski

• Uszczelnienia mechaniczne rzadko zawodzą z powodu „starego wieku”. Większość zawodzi wcześnie z powodu problemu eksploatacyjnego lub montażowego: pracy na sucho, pracy daleko od punktu najlepszej sprawności pompy (BEP), niewspółosiowości lub zastosowania niewłaściwego elastomeru do danego medium.
• Uszkodzone uszczelnienie to dowód. Powierzchnie z pęknięciami termicznymi, odłamane krawędzie, spuchnięte elastomery i zapchane sprężyny każdy wskazują na inną przyczynę źródłową. Obejrzyj zanim wyrzucisz.
• Powolne, narastające kapanie oznacza, że powierzchnie się stopniowo degradują. Nagły rozbryzg zwykle oznacza pękniętą powierzchnię lub zniszczony elastomer i wymaga natychmiastowej interwencji.
• Zapobieganie to cztery dyscypliny: właściwy dobór uszczelnienia, odpowiedni plan płukania, czysty i staranny montaż oraz monitorowanie stanu maszyny wokół uszczelnienia.
• Rejestruj każdą awarię uszczelnienia jako zdarzenie przestoju z kodem przyczyny i śledź MTBF dla danego urządzenia, aby chroniczny „sprawca” otrzymał poprawkę inżynierską zamiast identycznej wymiany uszczelnienia co kwartał.

Cieknące uszczelnienie mechaniczne jest jedną z najczęstszych awarii w pompach odśrodkowych i urządzeniach obrotowych, oraz jedną z najczęściej błędnie diagnozowanych. Ten przewodnik jest dla techników utrzymania ruchu, kierowników utrzymania i inżynierów zakładowych, którzy chcą przestać wielokrotnie wymieniać uszczelnienia i zacząć naprawiać przyczyny ich awarii.

Jak działa uszczelnienie mechaniczne

Uszczelnienie mechaniczne zamyka szczelinę, przez którą wirujący wał przechodzi przez obudowę pompy. Dwie wypolerowane, płaskie powierzchnie, jedna obracająca się z wałem i jedna nieruchoma w dławicy, pracują względem siebie, rozdzielone filmem płynu o grubości zaledwie mikronów. Ten film smaruje i chłodzi powierzchnie. Uszczelnienia wtórne (O-ringi lub inne elastomery) uszczelniają szczeliny statyczne, a sprężyny lub miechy utrzymują powierzchnie dociśnięte do siebie w miarę zużycia i ruchu części.

Wszystko, co dalej, sprowadza się do jednej idei: wszystko, co zaburza film płynny, uszkadza powierzchnie lub degraduje elastomery, spowoduje przeciek uszczelnienia.

Dominujące przyczyny awarii uszczelnień mechanicznych

Mniej więcej w kolejności, w jakiej pojawiają się w dochodzeniach awarii:

1. Praca na sucho. Jeśli powierzchnie stracą film płynny, ciepło tarcia narasta w ciągu sekund. Typowe wyzwalacze: pompa pracująca przy zamkniętym wylocie (deadhead) lub niedożywiona, zamknięty zawór ssawny, blokada parowa, pusty zbiornik lub lina płukania uszczelnienia, która nigdy nie została uruchomiona po konserwacji.
2. Praca z dala od punktu najlepszej sprawności (BEP). Praca pompy daleko po lewej lub prawej od BEP tworzy niezrównoważone obciążenia promieniowe, które odkształcają wał. Powierzchnie uszczelnienia kiwają się, otwierają i zamykają, a elastomery ulegają niszczeniu. To klasyczna przyczyna pomp, które „zjadają” i uszczelnienia, i łożyska.
3. Niewspółosiowość. Niewspójność wału z napędem w sprzęgle wprowadza cykliczne obciążenie przez wał, które powierzchnie uszczelnienia muszą znosić przy każdym obrocie.
4. Naprężenia rurociągu. Rurociągi ssawne lub tłoczne naciągnięte na miejsce przy użyciu wyciągarek (come-alongs) i siły śrubowej odkształcają obudowę, co odkształca nieruchomą powierzchnię i przesuwa wał.
5. Niewłaściwe uszczelnienie lub elastomer do medium lub temperatury. Atak chemiczny powoduje pęcznienie i zmiękczenie elastomerów; temperatura poza zakresem elastomeru utwardza i pęka je. Chemikalia do czyszczenia w miejscu (CIP) też mają znaczenie, nie tylko medium procesowe.
6. Zanieczyszczenia i materiały ścierne. Ciała stałe w uszczelnianym płynie mielą się między powierzchniami (trójciałowe ścieranie), tworzą rowki zużycia i zapychają sprężyny, uniemożliwiając im podążanie za ruchem powierzchni.
7. Nieprawidłowy montaż. Zła wymiaracja nastawy, zadrapany O-ring, odciski palców lub piasek na wypolerowanych powierzchniach lub niewłaściwy środek smarny na elastomerze zniszczą uszczelnienie w ciągu godzin lub dni.
8. Wibracje z łożysk lub sprzęgieł. Złe łożysko lub zużyte sprzęgło przekazuje drgania wprost na powierzchnie, odpryskując krawędzie i powodując fretting na tulejkach. Jeśli uszczelnienia i łożyska zawodzą razem, przeczytaj nasz przewodnik o trybach awarii łożysk i ich objawach, ponieważ zwykle pierwsze zawiodło łożysko.

Odczytywanie dowodów: co mówi uszkodzone uszczelnienie

Traktuj każde uszkodzone uszczelnienie jak świadka. Zanim zamówisz zamiennik, obejrzyj powierzchnie, elastomery i sprężyny przy dobrym świetle. Wzór zużycia zwykle wskazuje winowajcę.

Objawy podczas pracy: kapanie, rozbryzg i trend

Powolne, stałe kapanie, które narasta przez dni lub tygodnie, oznacza, że powierzchnie lub elastomery degradują się stopniowo: zużycie, łagodne ścieranie lub powolny atak chemiczny. Zaplanuj interwencję. Nagły rozbryzg lub strumień oznacza pękniętą powierzchnię lub wytłoczony elastomer; zatrzymaj pompę, zanim stracisz medium, łożyska lub będzie gorzej.

Inne wskazówki warte rejestrowania: pojawienie się medium procesowego w odpływie płuczki lub w odpływie komory uszczelnienia tam, gdzie nie powinno go być, opadający lub rosnący poziom w zbiorniku uszczelnienia przy podwójnych uszczelnieniach oraz szybkość przecieku, która rośnie przy stabilnych warunkach procesu. Trend ma większe znaczenie niż pojedyncze odczyty.

Bezpieczeństwo przede wszystkim: przed otwarciem komory uszczelnienia, zdjęciem osłony sprzęgła lub rozłączeniem przewodów płukania zastosuj procedury lockout/tagout i upewnij się, że urządzenie jest odizolowane. Systemy uszczelnień przechowują energię: sprężony i możliwie gorący płyn, sprężone sprężyny i napęd, który może być uruchomiony zdalnie. Nigdy nie obchodź osłon ani blokad, aby obserwować przeciek uszczelnienia podczas pracy.

Zapobieganie: dobór, plany płukania, montaż, monitorowanie

Dobieraj do rzeczywistego zadania. Wybór uszczelnienia i elastomeru musi odpowiadać rzeczywistemu medium, temperaturze, ciśnieniu, zawartości ciał stałych i cyklowi pracy, łącznie z chemikaliami czyszczącymi i warunkami awaryjnymi, a nie opierać się na założeniach ze tabliczki znamionowej sprzed dwudziestu lat.

Stosuj odpowiedni plan płukania. Mówiąc prosto, plan płukania to sposób, w jaki powierzchnie uszczelnienia są chłodzone, smarowane i oczyszczane.

Typowe podejścia: recyrkulacja małego przepływu z tłoczenia pompy z powrotem do komory uszczelnienia; wtryskiwanie czystego, kompatybilnego płynu z zewnętrznego źródła, gdy medium procesowe jest brudne; oraz uszczelnienia podwójne pod ciśnieniem z płynem barierowym dla usług niebezpiecznych. Jeśli uszczelnienie ciągle pada przy pracy ze ścierną zawiesiną stosując zwykły obieg recyrkulacyjny, problem leży w planie płukania.

Egzekwuj dyscyplinę montażu. Czyste ręce, czyste powierzchnie, poprawny wymiar nastawy według rysunku, kompatybilny smar na elastomerach, równomierny moment dławicy i końcowa kontrola wyosiowania. Uszczelnienia kasetowe (cartridge seals) eliminują dużą część ryzyka pomiarowego i opłacają się na problematycznych pompach.

Monitoruj maszynę wokół uszczelnienia. Trendy drgań, temperatury łożysk i poziomu w zbiorniku uszczelnienia dają tygodnie ostrzeżenia, że stan powierzchni się pogarsza. To podręcznikowy przypadek użycia dla utrzymania opartego na stanie. I ponieważ pompa w kłopotach często pokazuje objawy hydrauliczne zanim uszczelnienie zawiedzie, warto znać również objawy awarii hydraulicznej pompy.

Mierz to: każdej awarii uszczelnienia przypisz kod przyczyny

Zakłady, które unikają powtarzających się awarii uszczelnień, robią jedną rzecz: traktują każdą awarię jako dane. Zarejestruj każde wystąpienie jako zdarzenie przestoju z kodem przyczyny (praca na sucho, materiały ścierne, montaż, niewłaściwy elastomer, wyosiowanie) i śledź MTBF i MTTR dla każdego zasobu. Pompa, która wymienia uszczelnienie co trzy miesiące, nie jest problemem utrzymania, to problem inżynieryjny w przebraniu konserwacji.

Przeprowadzaj usystematyzowaną analizę przyczyn źródłowych dla każdego uszkodzonego uszczelnienia zamiast powtarzać wymiany i przeglądaj Pareto kodów przyczyn co miesiąc. Awarii uszczelnień także powinny być uwzględniane w liczbach dostępności: każda nieplanowana wymiana uszczelnienia to utracony czas produkcji, który powinien pojawić się w śledzeniu OEE, więc chroniczni sprawcy konkurują o uwagę inżynierii na równi z innymi czynnikami odbierającymi wydajność.

Wychwytuj zatrzymania zanim uszczelnienie da znać

Większość warunków niszczących uszczelnienia, deadheading, niedożywienie ssania, kawitacja i powtarzane krótkie zatrzymania, jest widoczna na linii długo przed awarią uszczelnienia, jeśli ktoś je zarejestruje.

Fabrico to weryfikowane widzeniem komputerowym OEE plus zamknięte wykonanie prac utrzymaniowych: kamery rejestrują zatrzymania i mikrozatrzymania, których ręczne dzienniki i czujniki nie wychwytują, a zlecenia robót zamykają pętlę od wykrycia do naprawy. Jeśli chcesz, by awarie uszczelnień pojawiały się jako kodowane, policzalne zdarzenia zamiast anegdot, przeczytaj, jak Fabrico śledzi przestoje.

Fabrico to oprogramowanie do OEE, śledzenia przestojów i utrzymania ruchu. Nie sprzedajemy części zamiennych ani nie świadczymy usług naprawczych.

Najczęściej zadawane pytania

Jaka jest najczęstsza przyczyna awarii uszczelnienia mechanicznego?

Praca na sucho i eksploatacja daleko od punktu najlepszej sprawności pompy odpowiadają za dużą część przedwczesnych awarii. Prawdziwe zużycie powierzchni do końca żywotności jest najrzadszym ustaleniem w dochodzeniach awarii; większość uszczelnień jest „zabijana” przez warunki eksploatacji, błędy montażowe lub niewłaściwe materiały do medium.

Jak długo powinno wytrzymać uszczelnienie mechaniczne?

Prawidłowo dobrane i zamontowane uszczelnienie na pompie eksploatowanej blisko BEP z działającym płukaniem powinno pracować przez lata. Jeśli konkretna pompa potrzebuje nowego uszczelnienia co kilka miesięcy, przestań wymieniać i zacznij badać: coś w systemie, a nie samo uszczelnienie, jest przyczyną źródłową.

Czy można ponownie użyć uszczelnienia mechanicznego po wycieku?

Zwykle nie. Wypolerowane powierzchnie, które pracowały uszkodzone, nie będą się ponownie szczelnie domykać, a używane elastomery przyjmują trwałe odkształcenie (compression set). Uszczelnienia kasetowe często mogą być odnowione przez producenta uszczelnień z nowymi powierzchniami i elastomerami, co różni się od ponownego montażu przeciekającego uszczelnienia bez naprawy.

Dlaczego moje uszczelnienie pompy przecieka okresowo?

Przerywany przeciek zwykle towarzyszy przerywanym warunkom: cyklom temperatury, wahaniom ciśnienia, dryftowi eksploatacji po krzywej pompy lub ugięciu wału przy określonych przepływach. Skojarz przeciek z warunkami procesu zanim obwinisz samo uszczelnienie.

Jak szybko praca na sucho niszczy uszczelnienie mechaniczne?

Uszkodzenia zaczynają się w ciągu sekund i wiele uszczelnień jest zrujnowanych w ciągu kilku minut, ponieważ ciepło tarcia na niesmarowanych powierzchniach nie ma dokąd uciec. Dlatego zabezpieczenia przed niskim poziomem i ochrony przed pracą na sucho są tańsze niż jakakolwiek modernizacja uszczelnienia.