化工机械密封失效的原因及密封性能提升措施

　　在石油化工企业中，机械密封在流体机械和动力机械中必须的零件部分，它在机械当中的使用是必不可少的，对机器、设备等的安全性能有很大的影响。　　一、新型机械密封的结构　　机械密封以其密封性能好、性能可靠、泄露小、使用周期长等优点，在化工机泵中有着广泛的应用，并在不断的发展中会成为了很多机械设备的关键元件。在石化工业当中，机械密封广泛的应用于各种旋转设备当中。随着科学技术的不断发展，机械密封的制造技术也越来越成熟，出现了例如波纹管型、窄环刃边型等新型机械密封结构。　　1.1 波纹管型机械密封　　弹性元件、辅助性的密封材料、转矩传动共同组成了波纹管这种密封元件，所以这种类型的密封元件不同于传统的密封元件，它的使用是对弹簧和辅助密封的节省，减少密封元件。目前这类机械密封元件市场上有成型金属波纹管和焊接金属波纹管两类机械密封。　　1.2 窄环刃边型机械密封　　这种密封元件在结构上的特点主要就是在将动环的密封面进行窄处理形成很窄的刃边密封，这种密封元件的宽度控制在 0.5 毫米至 0.6 毫米之间，密封元件的平衡比控制在 0.5 以内，由于这种新型的密封元件的密封面足够窄，这样就保证了杂质不易进入，即使有杂质进入了密封元件内刀刃也能够将其切断后排除到外面。这种类型的密封元件还能够避免密封元件出现径向变形，具有抗高压的作用、很好的冷却效果。　　1.3 集装式机械密封装置　　这种密封式是传统的机械密封发展而来形成的新型密封形式，它将轴套、密封端盖融合在一起，和普通的机械密封元件相比它具有以下的特点：（1）传统的机械密封元件在装置上只有机封本身，但是这种机械密封却是将轴套和端盖等融为一体的装置，通过在端面上进行预调可以不断的进行密封装置的完善。（2）普通、传统的机械密封在安装上任何一个环节出现问题都要进行拆除后重新进行安装，这样就导致机械密封的安装时间长、费用高，并且装置的质量也是没有办法保证的。但是集装式机械密封在出厂前已经由专业人员进行了安装，同时已经进行了出厂试验的检测，所以这样的装置不仅保证了装置安装的时间也保证了装置的质量。集装式的机械密封只需要简单的安装就能够正常的应用于石油化工泵中。（3）集装式的密封装置可以根据客户的实际需要进行冷却、冲洗等借口的扩展，同时还能够和机械的相关辅助设备相连接。（4）这种密封装置比压在出厂前已经进行了调整，完全符合机械的运营需求，所以质量和性能上是能够保障的。（5）这种密封装置是比较方便运输，在运输的过程中不容易出现损坏等。　　二、造成机械密封失效的原因　　2.1 机封失去弹性或者机封出现断裂而导致的密封失效　　波纹管机封在使用时间长后，密封件的刚度和弹性都会随着时间而降低，也就是出现了失弹的现象。波纹管机封实际应用结果表明当失弹率超过 20%的时候机械密封就会失效，从而导致机械出现泄漏。波纹管机械密封在使用的过程中还发现当使用温度高于 300 摄氏度的时候，机械密封就会出现失弹的现象，而将这些失弹的密封元件拆除进行测量后，测量结果显示波纹管的组件高度减少 2 至 3 毫米。如果从机械密封失效的原理上来看，这种密封失效的原因主要是密封元件的永久性变形或者是应力上的松弛，还有就是波纹管的缝隙中出现晶体的沉淀，这些主要就是高温和载荷。如果在高温条件下，在加上接触的比压增大的时候，高温和载荷二者共同作用将会使机封出现断裂的现象，温度和载荷越大，断裂的可能性就越高。　　2.2 机封中石墨环的磨损严重而引起的密封失效　　石墨环的过度磨损引起的密封失效是比较严重的，波纹管的有效直径对机封的断面作用，引起比压的变化，为一个能够发挥有效作用的机封件直径是需要根据压力的变化而进行调整的，波纹管在收到大量外部压力的作用下，有效直径就会在压力的作用下而变小；但是当波纹管受到的压力是内压时，有效直径是随着压力的增大而增大的，压力不断的加大，就会使得摩擦副过度的摩擦，这样出现的石墨环过度摩擦也就会引起密封失效。　　2.3 因为硬质合金环出现表面的热裂而引起的密封失效　　机封的长期使用就可能在硬质合金环上出现从硬面中心不断向外发散的粗细不一的裂纹，这些都是由于热裂原因造成的密封失效。所以分析失效的原因主要就是进行热裂原因的分析，局部的热应力是导致热裂现象的最主要的原因，硬质合金环和环座这两种材料的膨胀系数是有差别的，不管是采用堆焊的结构，还是采用整体的结构，密封冲洗液的类型、密封冲洗的方式、冲洗液的流量这些都是引起机封端面热裂的原因。　　2.4 由于密封垫的失效而引起的密封失效　　辅助的密封元件在确保密封效果的时候是非常重要的，其中动静环的密封垫片的损坏是引起密封失效的关键原因。这些密封垫的损坏主要是因为在密封垫的安装过程当中由于工作的失误而导致的密封垫的损坏，轴套的锥形铝垫，一种情况下在安装的过程当中密封垫的螺栓力受力不够均匀，密封垫由于变形紧密的和轴贴合在一起；另外一种情况是高温的长期作用，密封垫出现老化的情况。　　三、提高化工机泵机械密封性能的措施　　3.1 机械密封结构的选取　　一般的情况下，现在应用的结构主要有内装式和外装式、内流式和外流式、旋转式和静止式、单弹簧式和多弹簧式、单端面和双端面、非平衡式和平衡式六种分类，其都有和自己相适应的场合。例如大多数机泵密封的结构都采取内装端面型，这种结构是比较简单的，在生产上是比较容易的，在强腐蚀性、颗粒性的介质中是都适合的。它在压力低和介质危险的等级低的的情况下适用。　　高性能的机械密封体和内装端面结构的机械密封体在适用范围上正好是互补的，例如高速的离心泵，出口压力和离心转速都是比较大的，所以机械密封就被设计成了内流型、静止型等，这样就和高速运转的需求相适应。在设计机械密封装置的时候一是采取在静环处放置弹簧的手段，一种是采取内流型的设计。这些措施都是保证机械密封装置平稳运行的有效措施。　　随着科技的发展，密封技术也在不断的进步着，一些新技术的诞生为石化企业的发展带去了新的生机和动力。将某化工厂氨泵作为本次研究的例子，在连接方式上采用的是两级机串联的方式进行的，一级结构是波纹管密封式，二级为 BW 气体密封式，其锥形块轴承（见图 1）的形成是基于热变形带来的波浪面，这样就导致通过前缘的流体较多，通过后缘离开的流体就比较少了，于是流体的压力就形成于静止面和旋转面之间，流体能够让静止面和旋转面相互分离，也就达到了密封的作用。　　　　3.2 密封材料的选取　　机械密封面是有一定的精度的，而它的精度是由密封面的材料决定的，所以要想保障机械密封的使用我们必须保证好密封材料，做到密封面材料和所要求的精度相匹配：（1）密封面硬材料如何选用：现代应用的比较广泛的硬材料主要分为四种：第一：金属材料：包括模具钢、铸铁等，金属材料主要适用于油类液体，负荷要求比较低的，现在的密封面中金属材料已经应用的不多了。第二：　　工程陶瓷类：负荷等级要求中等，在海水和药液的密封中应用的比较多，这种材料的耐腐蚀性很强，但是不耐热，现在碳化硅已经逐渐的代替了工业陶瓷，并且在酸泵上的使用已经是比较成熟的了。第三：硬质合金材料：这种材料的主要特点是韧性高、耐腐蚀性强，现在已经成为了最受欢迎的密封面材料。第四：新型陶瓷材料：现在广泛应用的新型陶瓷材料主要有碳化硅，它在硬度上可以和金刚石相媲美，同时还有很强的耐腐蚀性，同时还能在极高的温度下保持优点。（2）密封面软材料如何选用：在机械密封中应用的最多的软材料是石墨，石墨有很好的润滑性、成本低、化学稳定性强等特点，在使用的时候一般都会根据不同的场合需求对石墨进行热固性树脂的浸渍。聚四氟乙烯中添加石墨粉、玻璃纤维等材料能够对其性能进行改善，同时还保持了耐腐蚀性能，同时软性材料还有工程塑料。在密封面软材料的选用上需要根据实际情况进行，选取适合机械类型和生产需要的材料。　　3.3 改造机封的冷却水系统　　将原本能力不足的热换器进行技术上的革新，将热面积进行扩大。将冷却水的管线进行重新配置，改变原有冷却水循环量不足的现象，不断的提高冷却效果。在冷水冲洗管上安置上节流阀，进行冲洗量和压力的监控，防止冲洗的水量问题引起的不良后果。同时，进行了冷却水系统的改造完成后，要进行冷却系统的正确维护。　　四、总结　　本文的研究可以总结为以下几个方面：（1）通过对现在使用的比较广泛的新型机械密封装置进行了详细的分类，并指出这些密封装置在密封方面的优势。（2）本文主要是将波纹管的密封元件作为研究的重点对象，通过分析引起密封失效的各种原因，最后指出了如何进行密封性能的提高。（3）机械密封性能的提高可以从密封装置的结构上，密封元件的材料选取上入手，选取合适性能好的密封装置是确保机械密封稳定性的关键。化工机泵的机械密封要想做更好，应该更加注重密封装置的改进，从各个影响因素下手，不断的进行技术和材料的革新。　　参 考 文 献　　[1] 靳克峰. 泵用机械密封运行可靠性分析. 天津大学. 2008 年 6 月　　[2] 李勇. 关于化工机泵机械密封的应用的探讨. 中国石油和化工标准与质量. 2010 年　　[3] 孙学武. 化工机泵机械密封的应用. 装置与设备. 2005 年第 8 期　　[4] 张鹏. 机泵机械密封泄露原因分析. 技术纵横. 2013 年 9 月　　[5] 周玉军. 机械密封在机泵上的应用及故障处理. 山东大学. 2011 年 12 月