熱水泵機(jī)械密封的選擇與使用

王永健 魏迎來

（天津戴瑞米克隔板有限公司 天津）

一、水溫和雜質(zhì)對熱水泵機(jī)械密封的影響

1.常溫下，水泵機(jī)械密封面之間冷水膜的厚度約為1 μm，在大多數(shù)情況下能夠保持密封面分開，起到潤滑作用。當(dāng)水溫升高時，水膜厚度隨溫度的變化減小到原來的1/3～1/5 μm，水膜厚度不足以分開密封的滑動面。

2.水在達(dá)到一定溫度時將蒸發(fā)、膨脹，可能打開重疊的密封面，造成以下后果：

（1）石墨密封環(huán)外表的缺失和損壞。持續(xù)蒸發(fā)伴隨著冷卻使密封面發(fā)生振動、引起沖撞，密封驅(qū)動凸臺（或銷）被磨損，金屬波紋管破裂、密封面破裂。

（2）在有固體溶解物懸浮于水中的情況下，水蒸發(fā)時在兩個密封面之間將留下固體物質(zhì)，它們會嵌入到軟的密封面中，引起嚴(yán)重磨損，在石墨密封面上形成研磨痕跡。如果有大等級顆粒或任何外界物質(zhì)在密封面之間掠過，密封將開始失效。

3.發(fā)生滑動粘附。兩個密封面之間因缺少潤滑而瞬時粘在一起。粘附和滑動的交替作用將產(chǎn)生振動，造成石墨密封環(huán)破裂，波紋管或造成凸臺（或銷）驅(qū)動面破裂。安裝一些振動阻尼能夠減少和避免這種情況的發(fā)生。

4.氧化鐵（Fe3O4）作為抗腐蝕遮蓋物在管道的內(nèi)表面形成，這些氧化鐵經(jīng)常從管道內(nèi)壁破裂脫落并積聚到密封元件上。氧化鐵顆粒對密封的影響如下：

（1）作為研磨材料滲透到密封中，將機(jī)械性地研磨密封的滑動彈性體，這將引起“瞬間失效”直至最終的泄漏。

（2）磨損滑動彈性體的密封面。

（3）新水系統(tǒng)中存在松散的氧化鐵是正常的，但系統(tǒng)使用大約1年后，鐵的氧化物會形成穩(wěn)定的層。

5.熱水能閃蒸為蒸汽，因此泄漏會不可見。如果熱水是冷凝物中一部分，就必須在真空的條件下被密封。

二、熱水泵密封材料的選擇

（1）密封的結(jié)合面應(yīng)是沒有填充物的石墨與固體碳化硅或碳化鎢匹配運行。在這些應(yīng)用中不應(yīng)使用鍍層和涂面。近年來，一種由石墨滲入碳化硅的新型密封面材料因具有更好的熱傳導(dǎo)性得到廣泛的應(yīng)用。

（2）彈性體。乙丙烯橡膠的使用溫度可達(dá)135℃。如果有更高溫度的密封要求，可以使用杜邦公司的全氟醚橡膠或具有同等功能的材料。一般情況下，應(yīng)該盡量使用冷卻水來延長密封面的壽命。不要在乙丙烯橡膠上涂抹石油基潤滑脂，所有石油產(chǎn)品都會破壞乙丙烯橡膠(EPR)。

（3）金屬元件中，316級不銹鋼是首選。但為避免氯化物侵蝕問題，金屬波紋管和彈簧不選用不銹鋼材料，選用哈司特鑷合金“C”。

三、熱水泵機(jī)械密封的選擇

（1）如果應(yīng)用環(huán)境在負(fù)壓和正壓之間變化，使用平衡型O形圈密封。O形圈密封能夠提供兩個方向的密封。

（2）為了安裝方便和使用敞開葉輪泵時，允許隨著運行和環(huán)境溫度的周期變化對葉輪進(jìn)行調(diào)整，選用筒式密封，見圖1。除非它們具有某些類型的自調(diào)整特性，否則不要把筒部分作為靜密封安裝。

（3）如果泵安裝有襯套或巴士合金軸承，應(yīng)選用特定的移動密封，這種密封方式多應(yīng)用于鍋爐用的多級密封供給泵。

（4）如果密封腔的壓力（不是泵的排放壓力）＞2.4 MPa（350 PSI），應(yīng) 選用高壓密封。高壓密封具有更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能防止面的變形和彈性體被擠出。

（5）當(dāng)密封腔的壓力在正壓和負(fù)壓之間變化時，分離密封的使用需要改進(jìn)。軸襯安裝在分離密封旁對葉輪調(diào)整有幫助。在負(fù)壓的應(yīng)用環(huán)境下，密封可以反向安裝，或安裝排放再循環(huán)管線來保持填料箱內(nèi)維持正壓。一般情況下，熱水的工作環(huán)境推薦使用雙密封。

（6）如果使用靜金屬波紋管密封，沖洗流動或循環(huán)連接使密封面存在溫度梯度能引起重疊密封面的扭曲變形。

四、密封熱水所需的環(huán)境控制

（1）為了延長密封使用壽命，密封處的水應(yīng)盡可能的冷卻到環(huán)境溫度，水溫越低越能更好地潤滑密封面。

（2）在填料箱中安裝石墨軸襯來屏蔽熱量，或在泵上使用帶套填料箱來冷卻填料箱液體，確保沒有再循環(huán)和沖洗管線進(jìn)入或連出到填料箱。

圖1 筒式密封結(jié)構(gòu)圖

（3）確保冷卻襯套發(fā)揮功能。如果工作系統(tǒng)水中的鈣在套的表面結(jié)垢而干擾熱傳遞，必須定期清潔套或用替代的冷凝物作為冷卻介質(zhì)。冷卻襯套的同時防止熱量傳遞到軸承箱，軸承箱油溫每升高10℃，油的使用壽命將減少為原來的一半。

（4）如果不能實現(xiàn)冷卻，替代的方法是使填料箱的壓力高于水汽化壓力至少一個大氣壓。可以安裝壓力控制裝置到填料箱的底部，使用泵排放口再循環(huán)管線的液體來加壓填料箱，使用中注意裝置的泄漏。在一些高壓鍋爐供水泵或鍋爐循環(huán)泵的應(yīng)用中，根據(jù)涉及到的壓力，一般使用特殊的高壓密封裝置。

許多泵在運行中，當(dāng)熱量傳導(dǎo)到軸承潤滑油時，可以利用軸承油冷卻器來提供必須的冷卻，采購前與制造商確認(rèn)是否包含這個附件。在95℃以下，沒有污染的油至少能夠使用3個月。實際應(yīng)用中，即使溫度被嚴(yán)格控制，唇式或脂式的密封通常也只有3個月的壽命，因此，這兩種密封應(yīng)該用迷宮式或正面密封代替。

（5）雖然在泵的排放口與填料箱之間安裝冷卻器能提供充足的冷卻，但在大多數(shù)情況下，管線或裝置都可能發(fā)生泄漏，當(dāng)溫度升高時非常危險。

（6）選用有急冷功能的A.P.I類型壓蓋。在密封情況下，當(dāng)冷水被快速打到熱的表面時將蒸發(fā)，熱表面有固體物質(zhì)生成，這將限制密封移動并且侵蝕密封套和其他元件，對彈簧在密封液體之外的設(shè)計，會導(dǎo)致彈簧被阻塞，工作中過多的冷水能通過脂式或唇形密封泄漏到軸承。