李明臣

（中石油云南石化公司檢維修部，云南 安寧 650399）

一、機(jī)械密封的應(yīng)用特點(diǎn)

機(jī)械密封的原理是靠微小軸向間隙起密封作用的裝置，通常微小間隙由一對相對運(yùn)動(dòng)的環(huán)端面相互貼合形成。機(jī)械密封主要組成部分由壓緊元件、密封元件、動(dòng)環(huán)和靜環(huán)組成。動(dòng)環(huán)的密封室內(nèi)充滿液體，通過這些液體對動(dòng)環(huán)端面施壓，使動(dòng)環(huán)端面和靜環(huán)端面緊密貼合，在動(dòng)環(huán)和靜環(huán)端面上產(chǎn)生適當(dāng)比壓，同時(shí)在兩個(gè)端面上保持一層液體薄膜，實(shí)現(xiàn)密封效果。密封元件不僅對泵的振動(dòng)、沖擊起到緩沖作用，同時(shí)也對動(dòng)環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙起到密封作用。

機(jī)械密封要達(dá)到理想效果不能僅靠機(jī)械密封部件，還需同泵的其他部件緊密結(jié)合。在機(jī)械密封的實(shí)際運(yùn)行中往往會(huì)因機(jī)械磨損、熱損傷、腐蝕、密封零件失效等因素導(dǎo)致機(jī)械密封失效。在泵類產(chǎn)品中，機(jī)械密封的應(yīng)用較為廣泛，隨著節(jié)能要求的提高以及科學(xué)技術(shù)水平的提升，機(jī)械密封在未來的應(yīng)用前景將更加廣闊。

二、機(jī)械密封應(yīng)用中的主要問題

石油煉化行業(yè)中的介質(zhì)多是易燃、易爆、易揮發(fā)、劇毒等物質(zhì)，其機(jī)械密封的效果對整個(gè)機(jī)械設(shè)備的安全正常運(yùn)行具有重要作用。

在機(jī)械密封失效中，機(jī)械密封泄漏是最主要的表現(xiàn)形式。要選用正確合理的機(jī)械密封，避免因發(fā)生機(jī)械失效而導(dǎo)致安全事故，就要綜合考慮機(jī)械密封泄漏的原因。在對機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行分析時(shí)，要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場觀察并借助儀器測量，弄清楚密封元件與密封性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，全方位檢查密封環(huán)、傳動(dòng)件、加載彈性元件、輔助密封圈、防轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、緊固螺釘、底座、軸套、密封腔體以及密封系統(tǒng)等部位，綜合分析，找出機(jī)械密封泄漏原因，以此為依據(jù)，選擇正確的機(jī)械密封。

1.機(jī)械磨損

機(jī)械密封泄漏中較為常見的就是機(jī)械磨損，機(jī)械磨損導(dǎo)致密封副端面產(chǎn)生分離，造成密封泄漏。機(jī)械磨損還會(huì)破壞密封副的正常配合關(guān)系，使傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)引起密封元件發(fā)生軸向位移和擺動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。這種機(jī)械密封泄漏可根據(jù)機(jī)械密封副磨損痕跡的具體情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。如果密封磨損痕跡均勻而產(chǎn)生泄漏，說明機(jī)械密封泄漏的出現(xiàn)是由其他部位引起的。此時(shí)需要檢測其他部位而非密封本身。如果密封副沒有磨損痕跡而出現(xiàn)泄漏，說明可能是動(dòng)環(huán)相對于靜環(huán)不旋轉(zhuǎn)或者出現(xiàn)打滑，可以對防轉(zhuǎn)銷或底座進(jìn)行檢測，確定是否是防轉(zhuǎn)銷脫落了或者底座的孔徑與密封件的外徑不相匹配所致。如果機(jī)械密封副磨損痕跡很深，則有可能是傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)密封副出現(xiàn)分離，有大顆粒物質(zhì)嵌入軟質(zhì)碳端面，此時(shí)可用硬質(zhì)材料作為密封副材料。

2.由熱損傷引起的密封泄漏

機(jī)械產(chǎn)生過大的熱量往往造成機(jī)械密封副變形、熱裂或皰疤，引起泄漏。

熱裂主要是機(jī)械密封在干摩擦或冷卻系統(tǒng)發(fā)生中斷等情況下，造成機(jī)械密封在短時(shí)間內(nèi)承受超負(fù)荷熱量而出現(xiàn)密封環(huán)表面徑向裂紋。由于熱裂往往引起密封環(huán)磨損加劇，造成大量的泄漏，所以在設(shè)計(jì)機(jī)械密封時(shí)要充分考慮機(jī)械材料的物理性質(zhì)，并要根據(jù)機(jī)械材質(zhì)設(shè)定特定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。皰疤主要是由于碳石墨、陶瓷等材料過熱造成。碳石墨、陶瓷等材料在強(qiáng)大的熱力作用下，各自膨脹系數(shù)有所不同，導(dǎo)致粘結(jié)劑被擠出，出現(xiàn)密封泄漏。由于介質(zhì)的潤滑性、操作溫度、線速度、配對材料組合等因素的影響都會(huì)使機(jī)械密封產(chǎn)生大量熱能，所以為了使機(jī)械密封摩擦熱能及時(shí)散發(fā)，改變端面面積比、減少載荷、靜止型密封并加導(dǎo)流套都能較好地改善密封的散熱條件，保證機(jī)械密封的正常運(yùn)行。

3.由腐蝕引起的密封泄漏

機(jī)械密封的腐蝕是引起機(jī)械密封泄漏最主要原因之一，一般有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

化學(xué)腐蝕主要是由于機(jī)械密封長時(shí)間與腐蝕性介質(zhì)接觸引起的。這種腐蝕對機(jī)械密封影響較大，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)械密封金屬晶界的破壞或斷裂。電化學(xué)腐蝕主要是密封環(huán)兩種金屬在電介質(zhì)溶液中產(chǎn)生電位差，導(dǎo)致機(jī)械密封產(chǎn)生電池腐蝕。不管是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕對機(jī)械密封都有很大的影響，所以在機(jī)械密封材料選取上要考慮密封元件的精密性，選擇比主機(jī)更耐腐蝕的材料。機(jī)械密封腐蝕速度的快慢與壓力、溫度和滑動(dòng)速度都有密切的關(guān)系。當(dāng)密封元件所承受的壓力增大、溫度升高、滑動(dòng)速度加快時(shí)，密封元件的腐蝕速度也會(huì)加快。針對這些因素，采取雙端面密封可以減少密封元件的零件與腐蝕性介質(zhì)的接觸，從而減輕腐蝕性介質(zhì)對密封元件的腐蝕。密封環(huán)材料的選取可以采用奧氏體不銹鋼，并在1 050℃下進(jìn)行熱處理，防止晶間腐蝕。

4.由密封零件失效引起的密封泄漏

機(jī)械的輔助密封圈對機(jī)械密封有著至關(guān)重要的作用，輔助密封圈一般選用合成橡膠O形圈。合成橡膠O形圈一旦出現(xiàn)老化、永久性變形、扭曲及擠出損傷等情況時(shí)，會(huì)使機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏。因此合成橡膠O形圈的材質(zhì)選取要充分考慮其安全使用溫度，增加合成橡膠O形圈的截面，用橡膠包覆聚四氟乙烯等復(fù)合材料作為密封圈的材料，提高材料的硬度。在密封圈安裝時(shí)，要在密封槽內(nèi)涂上潤滑脂。除了密封圈外，彈簧、傳動(dòng)銷等零部件如發(fā)生變形、斷裂、腐蝕等也會(huì)導(dǎo)致密封泄漏。在機(jī)械密封運(yùn)行時(shí)，也要考慮彈簧、傳動(dòng)銷等零部件的狀態(tài)，確保彈簧、傳動(dòng)銷等零部件沒有磨損或者變形，使機(jī)械密封正常運(yùn)行。造成的金屬波紋管變形。其次，機(jī)械密封摩擦副材料要選取碳化鎢對碳化鎢或者碳化鎢對碳化硅這種“硬對硬”結(jié)構(gòu)。在使用這種“硬對硬”結(jié)構(gòu)時(shí)，一方面要保證冷卻系統(tǒng)的冷卻水不中斷，以避免潤滑膜瞬間蒸發(fā)、密封端口摩擦加劇；另一方面，在密封機(jī)械安裝時(shí)，在密封端面涂以潤滑油，以防止出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。最后，在密封結(jié)構(gòu)形式選取上，要采用開槽斜面擠緊軸套。這種開槽斜面擠緊軸套定位傳動(dòng)可靠性更高，而且拆裝方面，對傳動(dòng)軸無損。在輔助密封圈的選取上不再使用合成橡膠，而采用柔性石墨，可提高輔助密封圈的承受溫度，防止其變形失效。

四、液態(tài)烴泵用機(jī)械密封的選用

與高溫?zé)嵊捅玫慕橘|(zhì)不同，液態(tài)烴泵介質(zhì)作為一種低溫液化氣體，具有沸點(diǎn)低、黏度低、蒸汽壓高的特點(diǎn)。這種特性使得密封材料呈現(xiàn)冷脆性，容易導(dǎo)致大氣中的水汽在密封裝置的大氣側(cè)面上凍結(jié)、摩擦副端面液膜氣化等。如果介質(zhì)發(fā)生泄漏，泄漏的介質(zhì)會(huì)在大氣側(cè)瞬間氣化，導(dǎo)致機(jī)械密封呈現(xiàn)冷脆性，引起機(jī)械密封失效。為此在選取密封結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用波紋管機(jī)械密封。波紋管機(jī)械密封的材料選取，首先應(yīng)根據(jù)液態(tài)烴介質(zhì)的特性，選取低溫、塑性及韌性好的材料，如哈-C、AM350、Carpenter20等；其次，如果是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，摩擦副材料一般選用“硬對硬”結(jié)構(gòu)，從而提高連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的壽命。如果是間歇性的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，則要選用碳化鎢或碳化硅對特種石墨的結(jié)構(gòu)。再次，針對摩擦副端面容易出現(xiàn)氣化現(xiàn)象，在摩擦副端面的材料選取上，要注意端面比壓，在輔助措施上，可以用自沖洗及密封無折流板急冷。

五、結(jié)語

應(yīng)了解機(jī)械密封的特性，找到造成機(jī)械密封失效的原因，針對不同的介質(zhì)選取正確的泵用機(jī)械密封，延長機(jī)械密封使用壽命，保證煉化設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。

三、高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封的選用

高溫?zé)嵊捅玫慕橘|(zhì)主要存在溫度高、黏度大、有雜質(zhì)等特點(diǎn)。其介質(zhì)溫度一般在340～400℃之間，其運(yùn)動(dòng)黏度可以達(dá)到(12～180)×10-6m/s，其雜質(zhì)顆粒主要有催化劑、焦炭、砂粒等。所以要針對其特點(diǎn)對高溫?zé)嵊捅玫臋C(jī)械密封進(jìn)行有效選擇。首先，高溫?zé)嵊捅脵C(jī)械密封的結(jié)構(gòu)要采用帶有金屬波紋管旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下自行清洗金屬波紋管，防止外圍沉積和內(nèi)側(cè)結(jié)焦

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