石油化工生產(chǎn)常用機(jī)械密封形式及失效原因分析

劉永科

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

機(jī)械密封是流體旋轉(zhuǎn)機(jī)械軸封的裝置，由于傳動(dòng)軸要貫穿于整個(gè)設(shè)備內(nèi)外，軸和設(shè)備間存在圓周間隙，設(shè)備中介質(zhì)就會(huì)通過(guò)此間隙來(lái)向外泄漏，如果設(shè)備的內(nèi)壓力小于大氣壓那么空氣就會(huì)向設(shè)備內(nèi)泄漏，因此必須要有能夠阻止泄漏軸封的裝置。對(duì)于連續(xù)運(yùn)行石油的化工生產(chǎn)，由于處理介質(zhì)特殊性，如：易燃易爆、有毒有害、酸堿腐蝕等，一旦密封失效那么將導(dǎo)致原料的浪費(fèi)、以及環(huán)境污染。嚴(yán)重的甚至?xí)斐苫馂?zāi)的爆炸以及人身傷害和其它惡性的事故，因此正是因機(jī)械密封可靠性較高、適應(yīng)性強(qiáng)以及使用壽命比較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，使得其在石油的化工生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

1 石油化工生產(chǎn)中常用機(jī)械密封的形式

機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖1。在石油化工的生產(chǎn)中比較常見(jiàn)機(jī)械的密封形式包括兩種類(lèi)型，即接觸式的軸向端面的機(jī)械密封與非接觸式的可控間隙密封。

在圖 1中，1表示彈簧座，2表示的是緊定螺釘，3所表示的是彈簧，4表示了傳動(dòng)銷(xiāo)，5表示輔助密封圈，6表示動(dòng)環(huán)，7表示防轉(zhuǎn)銷(xiāo)，8表示軸套，9表示密封壓蓋，10表示靜環(huán)，11表示補(bǔ)償環(huán)座，12表示推環(huán)，13表示傳動(dòng)螺釘。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.1 接觸式的軸向端面的機(jī)械密封

接觸式的軸向端面的機(jī)械密封包括以下的幾種類(lèi)型：

1.1.1 集裝式密封

該種類(lèi)型密封形式事先將常規(guī)密封蓋和軸套及機(jī)械密封的組裝成為一個(gè)完整整體，而后不做相關(guān)的調(diào)整便可直接安裝在泵上。

1.1.2 內(nèi)置式和外置式密封

內(nèi)置式密封指的是動(dòng)環(huán)和彈簧直接安裝于密封箱的內(nèi)部，由于它能夠借助密封箱內(nèi)的介質(zhì)壓力來(lái)進(jìn)行密封，所以具有廣泛應(yīng)用的范圍；外置式密封是指的是動(dòng)環(huán)和彈簧直接安裝于密封箱的外部，由于動(dòng)環(huán)以及彈簧不和介質(zhì)來(lái)進(jìn)行直接接觸，通常是用在工作壓力較低、且粘度較高、以及腐蝕性較強(qiáng)工程的場(chǎng)合。

1.1.3 內(nèi)流式與外流式密封

內(nèi)流式密封指的是介質(zhì)泄露方向與離心力方向相反的密封，因?yàn)殡x心力能夠在一定程度上來(lái)阻止流體泄露，所以其泄漏量一定要少于外流式的密封，并且它可以在高壓的場(chǎng)合進(jìn)行使用；外流式密封指的是介質(zhì)泄露方向與離心力密封方向相同。其應(yīng)用壓力大約是1～2 MPa之間。

1.1.4 平衡式與非平衡式密封

平衡式密封指的是密封室內(nèi)介質(zhì)的壓力比單位密封面上軸向壓緊力密封的要高，介質(zhì)壓力變化對(duì)于其密封端面上承受力的影響較小，因此通常用于高壓的密封；非平衡式密封指的是密封室內(nèi)介質(zhì)壓力要比單位密封面上軸向壓緊力密封的低，介質(zhì)壓力變化對(duì)其密封端面上承受力的影響較大，因此通常用于低壓的密封。

1.2 非接觸式的可控間隙密封

觸式可控的間隙密封包括以下類(lèi)型：

1.2.1 迷宮密封

此種類(lèi)型的密封主要構(gòu)成的部件是由一組環(huán)狀密封齒片，齒與軸間可以形成一組膨脹的空腔與節(jié)流間隙，環(huán)形齒頂間隙當(dāng)有氣體進(jìn)過(guò)時(shí)，在粘性摩擦的作用下就會(huì)產(chǎn)生節(jié)流的效應(yīng)，降低流速，當(dāng)氣體流經(jīng)過(guò)膨脹空腔時(shí)候，會(huì)在焓熱力學(xué)作用下繼續(xù)降低氣體殘余的速度，進(jìn)而獲得良好密封的效果。

1.2.2 浮環(huán)密封

軸和內(nèi)外浮環(huán)間預(yù)留著一定特定的間隙，內(nèi)外浮環(huán)在彈簧壓力、介質(zhì)壓力的綜合作用之下將會(huì)和隔離環(huán)、擋環(huán)端面進(jìn)行緊密的貼合，進(jìn)而獲得較為理想密封的效果，為了預(yù)防內(nèi)外浮環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)置了防轉(zhuǎn)銷(xiāo)，使他們僅能夠在徑向之上來(lái)進(jìn)行滑移浮動(dòng)。

2 石油化工生產(chǎn)下常用機(jī)械密封失效的原因及對(duì)策

2.1 失效原因

2.1.1 因?yàn)楦g效應(yīng)所導(dǎo)致密封的失效

具體分析如下：①首先，帶有腐蝕性作用的介質(zhì)對(duì)于機(jī)械密封表面會(huì)產(chǎn)生劇烈的腐蝕作用，如果腐蝕作用的時(shí)間較長(zhǎng)亦或腐蝕作用過(guò)于強(qiáng)烈就會(huì)造成密封的部件被穿透，導(dǎo)致密封失效。②金屬波紋管、彈簧在介質(zhì)腐蝕與應(yīng)力雙重的作用之下出現(xiàn)了破裂問(wèn)題。③碳化鎢環(huán)經(jīng)常要焊接于不銹鋼座之上，在使用的過(guò)程中，不銹鋼座經(jīng)常容易出現(xiàn)晶問(wèn)腐蝕現(xiàn)象與問(wèn)題。

2.1.2 因?yàn)楦邷匦?yīng)所導(dǎo)致密封失效的失效

分析如下：①首先，回?zé)捰捅?、常減壓塔底泵及油漿泵等的高溫油泵會(huì)經(jīng)常容易出現(xiàn)熱裂問(wèn)題，它也是造成密封失效重要原因。主要的原因是，密封面、抽空混入了雜質(zhì)，冷卻液中斷和干摩擦等其它原因都能使密封面環(huán)表面上出現(xiàn)徑向的裂紋。②碳。石墨環(huán)是比較常見(jiàn)機(jī)械的密封部件，而石墨炭化將導(dǎo)致機(jī)械的密封會(huì)出現(xiàn)密封的失效問(wèn)題。其主要原因主要是：石墨環(huán)、碳一般在－105～250℃的溫度下進(jìn)行工作，如果大于這個(gè)溫度值的范圍，則碳、石墨環(huán)表面就會(huì)析出樹(shù)脂，而處于摩擦面的附近樹(shù)脂則會(huì)由于高溫出現(xiàn)碳化的問(wèn)題，遇到粘結(jié)劑而出現(xiàn)發(fā)泡的軟化現(xiàn)象，導(dǎo)致密封的失效。③最后，乙丙橡膠、全橡膠以及氟橡膠等的橡膠輔助性密封件的使用在溫度超過(guò)它允許的范圍值后就會(huì)迅速的老化、失去彈性、變硬或者是龜裂。目前常常采用的是柔性石墨，即便它具有良好耐高溫以及耐腐蝕的性能，但是因其不具備良好回彈性，脆裂的幾率高，也很容易造成密封失效。

2.2 解決的對(duì)策

第一，根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備在使用條件與工況進(jìn)行來(lái)適當(dāng)?shù)倪x型，設(shè)置必要輔助的設(shè)施，比如，高溫的情況下就適宜選用比較耐高溫材質(zhì)的鉆基碳化鎢、石墨等密封環(huán)，來(lái)提高高溫的使用性能，同時(shí)設(shè)置密封的沖洗設(shè)施，起到凈化、潤(rùn)滑、冷卻的功能。

第二，加強(qiáng)日常的維護(hù)保養(yǎng)與規(guī)范使用，介質(zhì)和工作條件惡化對(duì)于機(jī)械的密封失效影響比較明顯，例如介質(zhì)中含有固體顆粒、腐蝕加大或介質(zhì)黏度加大和泵抽真空等的使用不當(dāng)就是導(dǎo)致密封失效重要的原因，因此，要依照使用的規(guī)程來(lái)正確的使用轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，加強(qiáng)日常的巡檢，時(shí)刻來(lái)關(guān)注轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行的狀況，如，電機(jī)轉(zhuǎn)速、軸承溫度等，嚴(yán)格的控制介質(zhì)特性指標(biāo)，防止密封所使用環(huán)境工況的變化。

第三，提高機(jī)械密封檢修的質(zhì)量，日常在檢修的過(guò)程中要特別注重檢修質(zhì)量，在密封的裝配過(guò)程中一定要輕拿輕放，保持密封元件完整清潔，按照檢修的規(guī)程來(lái)合理的調(diào)整配合和間隙，如，密封面間隙、彈簧比壓等，另外，還要注意防止泵振動(dòng)過(guò)大，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)的關(guān)注轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡與對(duì)中找正。

3 結(jié)束語(yǔ)

提高密封可靠性對(duì)于設(shè)備使用壽命的延長(zhǎng)、減少維修費(fèi)用以及提高設(shè)備的利用率、降低生產(chǎn)成本等等意義重大。 基于這種情況，為保證密封裝置能夠發(fā)揮其本身應(yīng)有的作用，就要對(duì)常用的石油化工生產(chǎn)的實(shí)效原因和密封形式加以分析，以便采取有效方式來(lái)對(duì)密封的裝置進(jìn)行維修，帶著更大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

[1]王順學(xué).機(jī)械密封的失效原因分析與對(duì)策[J].陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（06）.

[2]張振，趙春艷.探討石油化工生產(chǎn)常用機(jī)械密封形式與失效原因分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012（07）.

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