李鑫

摘要: 根據(jù)石油化工機(jī)械密封的原理與特點(diǎn),探討石油化工機(jī)械密封尤其是液化石油氣泵密封失效的危害和原因,結(jié)合工作實(shí)踐與相關(guān)理論，探討機(jī)械密封失效的改善對(duì)策和措施。

中圖分類(lèi)號(hào):TE8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)03(a)-0000-00

引言：隨著環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)對(duì)健康要求的不斷提高以及對(duì)化工企業(yè)安全生產(chǎn)的要求更加重視，對(duì)石油化工類(lèi)機(jī)械密封防止泄漏要求也不斷提高。如何保證使用的機(jī)械密封設(shè)備長(zhǎng)久良好的運(yùn)行，是我們?cè)谄綍r(shí)工作中需要很好探討和研究的一個(gè)重要方面，例如液化石油氣泵的密封運(yùn)行狀況良好有效，才能保證生產(chǎn)裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行和操作者的健康安全。

1 液化石油

1.1液化石油氣

液化石油氣是煉廠(chǎng)氣、天然氣中的輕質(zhì)烴類(lèi)，在常溫、常壓下呈氣體狀態(tài)，在加壓和低溫的條件下為液體狀態(tài)，它的主要成分是丙烷和丁烷。液化石油氣主要用作石油化工原料，用于烴類(lèi)裂解制乙烯或蒸氣轉(zhuǎn)化制合成氣，可作為工業(yè)、民用、內(nèi)燃機(jī)燃料，由于其熱值高、無(wú)煙塵、無(wú)炭渣，操作使用方便，已廣泛地進(jìn)入人們的生活領(lǐng)域。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量達(dá)到一定濃度范圍（1.7%～10%）時(shí)，遇到明火即會(huì)發(fā)生爆炸。

1.2液化石油氣泵的密封

液化石油氣泵是專(zhuān)門(mén)用于抽吸、輸送液態(tài)的液化石油氣并提高液體壓力，將機(jī)械能轉(zhuǎn)為液體能的一種機(jī)械設(shè)備。它是煉油廠(chǎng)、石油化工廠(chǎng)、液化石油氣儲(chǔ)配站、氣化站等不可缺少的回轉(zhuǎn)設(shè)備之一。液化石油氣泵的密封失效和泄露一直是影響企業(yè)安全生產(chǎn)的需要解決的難題之一。

因此在煉油、化工及諸多行業(yè)的生產(chǎn)中，像液化石油氣泵這樣的機(jī)械設(shè)備的密封技術(shù)越來(lái)越多被人們所重視。由于機(jī)械設(shè)備的泄漏不僅造成原料、產(chǎn)品和能源的浪費(fèi)，同時(shí)也污染了環(huán)境，并給安全生產(chǎn)帶來(lái)了危害，因此密封技術(shù)在眾多科學(xué)研究領(lǐng)域中得到了較快的研究開(kāi)發(fā)和利用，一些先進(jìn)的密封技術(shù)正逐漸地取代了較落后的密封技術(shù)。當(dāng)今的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備中所使用的密封種類(lèi)繁多，其密封形式也各式各樣，如：一些填料密封現(xiàn)在還應(yīng)用于往復(fù)機(jī)泵上，在透平調(diào)節(jié)閥、抽汽閥及速關(guān)閥拉桿還使用一些金屬填料或耐高溫高壓的軟填料；還有一些工礦條件較差，要求不高的工礦企業(yè)，填料密封仍在續(xù)繼應(yīng)用。在現(xiàn)代化煉油化工生產(chǎn)中，機(jī)械密封的應(yīng)用相對(duì)來(lái)說(shuō)比較廣泛，單彈簧、多彈簧、蝶簧、磁力密封及金屬波紋管機(jī)械密封、浮環(huán)密封、疏齒密封及干氣密封在不同的工礦條件下被廣泛應(yīng)用。

2 機(jī)械密封

2.1機(jī)械密封的概念

機(jī)械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械的軸封裝置。它用于離心泵、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)等設(shè)備，由于軸和設(shè)備腔體間存在一個(gè)圓周間隙，設(shè)備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設(shè)置一道阻漏裝置將泄露介質(zhì)密封隔離。因?yàn)闄C(jī)械密封具有泄漏少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為了主要的軸密封方式，也被稱(chēng)為端面密封。

在國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)機(jī)械密封的定義是：由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的端面組成，在流體壓力及補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下，以及輔助密封圈的配合下， 該對(duì)端面保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置稱(chēng)為機(jī)械密封。

2.2 機(jī)械密封的組成及工作原理：

（1）機(jī)械密封的組成

1）密封端面：

由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)摩擦副構(gòu)成。

2）緩沖補(bǔ)償機(jī)構(gòu)：

由彈性元件(圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等)構(gòu)成。

3）輔助密封圈：

包括動(dòng)環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈等，密封圈有各種形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等。

4）4個(gè)密封點(diǎn)（也稱(chēng)泄漏點(diǎn)，如圖1-1所示）：

泄漏點(diǎn)1—摩擦端面泄漏點(diǎn)，依靠彈力和介質(zhì)壓力保持貼和（動(dòng)密封點(diǎn)，兩個(gè)摩擦副之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)）；

泄漏點(diǎn)2—補(bǔ)償環(huán)密封圈，靜密封點(diǎn)，密封圈與軸或軸套之間有微動(dòng)；

泄漏點(diǎn)3—非補(bǔ)償環(huán)密封圈，靜密封點(diǎn)，密封圈與相配合件之間相對(duì)靜止；

泄漏點(diǎn)4—壓蓋與腔體間的密封圈，靜密封點(diǎn)，密封圈與相配合件之間相對(duì)靜止。

（2）傳動(dòng)關(guān)系

軸或軸套──緊固螺釘5──彈簧座4──彈簧3──補(bǔ)償環(huán)1──壓蓋──防轉(zhuǎn)銷(xiāo)8──非補(bǔ)償環(huán)6，經(jīng)過(guò)動(dòng)力傳遞起到機(jī)械密封的作用。

（3）密封原理

兩個(gè)主要密封元件（動(dòng)、靜環(huán)）表面光潔，垂直于軸線(xiàn)，緊密貼合，通過(guò)一系列零件將徑向密封轉(zhuǎn)化為軸向密封，在彈簧和介質(zhì)壓力共同作用下，對(duì)由于設(shè)備運(yùn)行所造成的軸向磨損可以及時(shí)補(bǔ)償，使軸向密封面始終保持貼合。（對(duì)于負(fù)壓機(jī)泵，密封的作用是防止外界空氣時(shí)入機(jī)泵內(nèi)；對(duì)于高于正壓（大氣壓）的機(jī)泵，密封的作用是防止機(jī)泵內(nèi)介質(zhì)向外泄漏）。

3 原因分析

3.1機(jī)械密封常見(jiàn)失效的原因分析

（1）摩擦熱造成的失效

由于化工類(lèi)機(jī)械本身的工作特點(diǎn)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面的相互摩擦，將不斷產(chǎn)生摩擦熱，使摩擦副內(nèi)溫度升高，給機(jī)械造成以下的影響：

1）摩擦副內(nèi)液膜蒸發(fā)、汽化造成干摩擦；

2) 摩擦副內(nèi)液膜粘度下降，潤(rùn)滑情況差；

3）摩擦副介質(zhì)蒸汽壓增加，從而產(chǎn)生泄漏；

4）加速介質(zhì)的腐蝕作用；

5）輔助密封圈老化，失去彈性，甚至分解；

6）動(dòng)、靜環(huán)產(chǎn)生變形。

（2）靜環(huán)密封失效

靜環(huán)密封點(diǎn)泄漏多數(shù)是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸誤差太大或本身有傷、老化變質(zhì)等。只要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料選擇正確，密封圈做過(guò)仔細(xì)檢查，并且做到仔細(xì)安裝靜環(huán)密封是可以保證質(zhì)量的。

（3）動(dòng)環(huán)密封失效

理論上影響動(dòng)環(huán)密封效果的主要有以下幾方面：

1）介質(zhì)影響：介質(zhì)壓力越高泄漏量會(huì)越大，粘度低的介質(zhì)較粘度高的介質(zhì)更易泄漏，帶顆粒和易結(jié)垢的介質(zhì)比干凈穩(wěn)定的介質(zhì)更易泄漏；

2）軸的影響：一般來(lái)說(shuō)，軸越粗則密封面越寬，即對(duì)垂直偏差越敏感，故越易泄漏；軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中越易擺振，則越易泄漏；轉(zhuǎn)速越高越易泄漏；

3）密封結(jié)構(gòu)：最重要的是密封的浮動(dòng)性，浮動(dòng)性最好的波紋管密封效果最好，用四氟塑料密封圈效果較差；

4）密封端面在制造和安裝中以端面平直度與轉(zhuǎn)軸軸線(xiàn)的垂直度指標(biāo)最為重要。

（4）密封振動(dòng)偏大

化工機(jī)械密封振動(dòng)偏大，最終導(dǎo)致失去密封效果。但化工機(jī)械密封振動(dòng)偏大的原因往往不是化工機(jī)械密封本身的原因，泵的其它零部件設(shè)計(jì)安裝不合理是產(chǎn)生振動(dòng)的根源，如泵軸設(shè)計(jì)不合理、加工質(zhì)量的原因、軸承精度不夠、聯(lián)軸器的平行度差、徑向力大、出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象等原因都會(huì)造成機(jī)械密封振動(dòng)偏大。

（5）腐蝕引起的密封失效

1）密封面點(diǎn)蝕，甚至穿透；

2）由于碳化鎢環(huán)與不銹鋼座等焊接的問(wèn)題，在使用中不銹鋼座易產(chǎn)生晶間腐蝕；

3）焊接金屬波紋管、彈簧等在應(yīng)力與介質(zhì)腐蝕的共同作用下易發(fā)生破裂。

（6）高溫效應(yīng)產(chǎn)生的密封失效

1）熱裂是高溫油泵，如油渣泵、回?zé)捰捅?、常減壓塔底泵等最常見(jiàn)的失效現(xiàn)象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質(zhì)進(jìn)入密封面、抽空等情況下，都會(huì)導(dǎo)致環(huán)面出現(xiàn)徑向裂紋；

2）石墨炭化是使用碳—石墨環(huán)時(shí)密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環(huán)一旦超過(guò)許用溫度（一般在-105～250℃）時(shí)，其表面會(huì)析出樹(shù)脂，摩擦面附近樹(shù)脂會(huì)發(fā)生炭化，當(dāng)有粘結(jié)劑時(shí)會(huì)發(fā)泡軟化，使密封面泄漏增加，密封失效；

3）輔助密封件（如氟橡膠、乙丙橡膠、全橡膠）在超過(guò)許用溫度后，將會(huì)迅速老化、龜裂、變硬失去彈性?，F(xiàn)在所使用的柔性石墨耐高溫、耐腐蝕性較好，但其回彈性較差。而且易發(fā)生脆裂，安裝時(shí)容易損壞。

3.2液化石油氣泵密封失效的原因分析與應(yīng)對(duì)措施