淺談液化石油氣泵的機械密封

李鑫

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

中圖分類號:TE8文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)03(a)-0000-00

引言：隨著環(huán)境保護和人類對健康要求的不斷提高以及對化工企業(yè)安全生產(chǎn)的要求更加重視，對石油化工類機械密封防止泄漏要求也不斷提高。如何保證使用的機械密封設(shè)備長久良好的運行，是我們在平時工作中需要很好探討和研究的一個重要方面，例如液化石油氣泵的密封運行狀況良好有效，才能保證生產(chǎn)裝置安全平穩(wěn)運行和操作者的健康安全。

1 液化石油

1.1液化石油氣

液化石油氣是煉廠氣、天然氣中的輕質(zhì)烴類，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)燃機燃料，由于其熱值高、無煙塵、無炭渣，操作使用方便，已廣泛地進入人們的生活領(lǐng)域。液化石油氣是一種易燃物質(zhì)，空氣中含量達到一定濃度范圍（1.7%～10%）時，遇到明火即會發(fā)生爆炸。

1.2液化石油氣泵的密封

液化石油氣泵是專門用于抽吸、輸送液態(tài)的液化石油氣并提高液體壓力，將機械能轉(zhuǎn)為液體能的一種機械設(shè)備。它是煉油廠、石油化工廠、液化石油氣儲配站、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械設(shè)備的密封技術(shù)越來越多被人們所重視。由于機械設(shè)備的泄漏不僅造成原料、產(chǎn)品和能源的浪費，同時也污染了環(huán)境，并給安全生產(chǎn)帶來了危害，因此密封技術(shù)在眾多科學研究領(lǐng)域中得到了較快的研究開發(fā)和利用，一些先進的密封技術(shù)正逐漸地取代了較落后的密封技術(shù)。當今的機械轉(zhuǎn)動設(shè)備中所使用的密封種類繁多，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，機械密封的應(yīng)用相對來說比較廣泛，單彈簧、多彈簧、蝶簧、磁力密封及金屬波紋管機械密封、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 機械密封

2.1機械密封的概念

機械密封是一種用于旋轉(zhuǎn)流體機械的軸封裝置。它用于離心泵、反應(yīng)釜、壓縮機等設(shè)備，由于軸和設(shè)備腔體間存在一個圓周間隙，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。因為機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方式，也被稱為端面密封。

在國家有關(guān)標準中對機械密封的定義是：由至少一對垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面組成，在流體壓力及補償機構(gòu)彈力(或磁力)共同作用下，以及輔助密封圈的配合下， 該對端面保持貼合并相對滑動，而構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置稱為機械密封。

2.2 機械密封的組成及工作原理：

（1）機械密封的組成

1）密封端面：

由動環(huán)、靜環(huán)摩擦副構(gòu)成。

2）緩沖補償機構(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個密封點（也稱泄漏點，如圖1-1所示）：

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

泄漏點2—補償環(huán)密封圈，靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動；

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

泄漏點4—壓蓋與腔體間的密封圈，靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止。

（2）傳動關(guān)系

軸或軸套──緊固螺釘5──彈簧座4──彈簧3──補償環(huán)1──壓蓋──防轉(zhuǎn)銷8──非補償環(huán)6，經(jīng)過動力傳遞起到機械密封的作用。

（3）密封原理

兩個主要密封元件（動、靜環(huán)）表面光潔，垂直于軸線，緊密貼合，通過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，對由于設(shè)備運行所造成的軸向磨損可以及時補償，使軸向密封面始終保持貼合。（對于負壓機泵，密封的作用是防止外界空氣時入機泵內(nèi)；對于高于正壓（大氣壓）的機泵，密封的作用是防止機泵內(nèi)介質(zhì)向外泄漏）。

3 原因分析

3.1機械密封常見失效的原因分析

（1）摩擦熱造成的失效

由于化工類機械本身的工作特點，動環(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、靜環(huán)產(chǎn)生變形。

（2）靜環(huán)密封失效

靜環(huán)密封點泄漏多數(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)計結(jié)構(gòu)和材料選擇正確，密封圈做過仔細檢查，并且做到仔細安裝靜環(huán)密封是可以保證質(zhì)量的。

（3）動環(huán)密封失效

理論上影響動環(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：一般來說，軸越粗則密封面越寬，即對垂直偏差越敏感，故越易泄漏；軸在運轉(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性，浮動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)軸軸線的垂直度指標最為重要。

（4）密封振動偏大

化工機械密封振動偏大，最終導致失去密封效果。但化工機械密封振動偏大的原因往往不是化工機械密封本身的原因，泵的其它零部件設(shè)計安裝不合理是產(chǎn)生振動的根源，如泵軸設(shè)計不合理、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)象等原因都會造成機械密封振動偏大。

（5）腐蝕引起的密封失效

1）密封面點蝕，甚至穿透；

2）由于碳化鎢環(huán)與不銹鋼座等焊接的問題，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、回煉油泵、常減壓塔底泵等最常見的失效現(xiàn)象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質(zhì)進入密封面、抽空等情況下，都會導致環(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)一旦超過許用溫度（一般在-105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面附近樹脂會發(fā)生炭化，當有粘結(jié)劑時會發(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）在超過許用溫度后，將會迅速老化、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)對措施