煉化行業(yè)泵用機械密封的選擇

李明臣

（中石油云南石化公司檢維修部，云南 安寧 650399）

一、機械密封的應用特點

機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動的環(huán)端面相互貼合形成。機械密封主要組成部分由壓緊元件、密封元件、動環(huán)和靜環(huán)組成。動環(huán)的密封室內(nèi)充滿液體，通過這些液體對動環(huán)端面施壓，使動環(huán)端面和靜環(huán)端面緊密貼合，在動環(huán)和靜環(huán)端面上產(chǎn)生適當比壓，同時在兩個端面上保持一層液體薄膜，實現(xiàn)密封效果。密封元件不僅對泵的振動、沖擊起到緩沖作用，同時也對動環(huán)與軸的間隙、靜環(huán)與壓蓋的間隙起到密封作用。

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

二、機械密封應用中的主要問題

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)，其機械密封的效果對整個機械設備的安全正常運行具有重要作用。

在機械密封失效中，機械密封泄漏是最主要的表現(xiàn)形式。要選用正確合理的機械密封，避免因發(fā)生機械失效而導致安全事故，就要綜合考慮機械密封泄漏的原因。在對機械密封泄漏原因進行分析時，要根據(jù)實踐經(jīng)驗、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)、傳動件、加載彈性元件、輔助密封圈、防轉(zhuǎn)機構(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，找出機械密封泄漏原因，以此為依據(jù)，選擇正確的機械密封。

1.機械磨損

機械密封泄漏中較為常見的就是機械磨損，機械磨損導致密封副端面產(chǎn)生分離，造成密封泄漏。機械磨損還會破壞密封副的正常配合關系，使傳動軸轉(zhuǎn)動時引起密封元件發(fā)生軸向位移和擺動，導致機械密封泄漏。這種機械密封泄漏可根據(jù)機械密封副磨損痕跡的具體情況進行準確判斷。如果密封磨損痕跡均勻而產(chǎn)生泄漏，說明機械密封泄漏的出現(xiàn)是由其他部位引起的。此時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。如果機械密封副磨損痕跡很深，則有可能是傳動軸轉(zhuǎn)動時密封副出現(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

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

熱裂主要是機械密封在干摩擦或冷卻系統(tǒng)發(fā)生中斷等情況下，造成機械密封在短時間內(nèi)承受超負荷熱量而出現(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，所以在設計機械密封時要充分考慮機械材料的物理性質(zhì)，并要根據(jù)機械材質(zhì)設定特定的運轉(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、陶瓷等材料在強大的熱力作用下，各自膨脹系數(shù)有所不同，導致粘結(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使機械密封產(chǎn)生大量熱能，所以為了使機械密封摩擦熱能及時散發(fā)，改變端面面積比、減少載荷、靜止型密封并加導流套都能較好地改善密封的散熱條件，保證機械密封的正常運行。

3.由腐蝕引起的密封泄漏

機械密封的腐蝕是引起機械密封泄漏最主要原因之一，一般有化學腐蝕和電化學腐蝕。

化學腐蝕主要是由于機械密封長時間與腐蝕性介質(zhì)接觸引起的。這種腐蝕對機械密封影響較大，甚至會導致機械密封金屬晶界的破壞或斷裂。電化學腐蝕主要是密封環(huán)兩種金屬在電介質(zhì)溶液中產(chǎn)生電位差，導致機械密封產(chǎn)生電池腐蝕。不管是化學腐蝕還是電化學腐蝕對機械密封都有很大的影響，所以在機械密封材料選取上要考慮密封元件的精密性，選擇比主機更耐腐蝕的材料。機械密封腐蝕速度的快慢與壓力、溫度和滑動速度都有密切的關系。當密封元件所承受的壓力增大、溫度升高、滑動速度加快時，密封元件的腐蝕速度也會加快。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

機械的輔助密封圈對機械密封有著至關重要的作用，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，會使機械密封出現(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，要在密封槽內(nèi)涂上潤滑脂。除了密封圈外，彈簧、傳動銷等零部件如發(fā)生變形、斷裂、腐蝕等也會導致密封泄漏。在機械密封運行時，也要考慮彈簧、傳動銷等零部件的狀態(tài)，確保彈簧、傳動銷等零部件沒有磨損或者變形，使機械密封正常運行。造成的金屬波紋管變形。其次，機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，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??；另一方面，在密封機械安裝時，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可靠性更高，而且拆裝方面，對傳動軸無損。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)烴泵用機械密封的選用

與高溫熱油泵的介質(zhì)不同，液態(tài)烴泵介質(zhì)作為一種低溫液化氣體，具有沸點低、黏度低、蒸汽壓高的特點。這種特性使得密封材料呈現(xiàn)冷脆性，容易導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)會在大氣側(cè)瞬間氣化，導致機械密封呈現(xiàn)冷脆性，引起機械密封失效。為此在選取密封結(jié)構(gòu)時，應選用波紋管機械密封。波紋管機械密封的材料選取，首先應根據(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)運轉(zhuǎn)的設備，摩擦副材料一般選用“硬對硬”結(jié)構(gòu)，從而提高連續(xù)運轉(zhuǎn)的壽命。如果是間歇性的運轉(zhuǎn)設備，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

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

三、高溫熱油泵機械密封的選用

高溫熱油泵的介質(zhì)主要存在溫度高、黏度大、有雜質(zhì)等特點。其介質(zhì)溫度一般在340～400℃之間，其運動黏度可以達到(12～180)×10-6m/s，其雜質(zhì)顆粒主要有催化劑、焦炭、砂粒等。所以要針對其特點對高溫熱油泵的機械密封進行有效選擇。首先，高溫熱油泵機械密封的結(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

[1]王永超.淺析冷卻回流泵機械密封泄漏原因及對策[J].石油化工設備技術，2000(3)．

[2]朱忠華.丙烯泵端面泄漏的技術改進[J].金山石油化纖，2001(4)．

[3]羅志新.石油化工釜用機械密封的失效分析與對策[J].聚氯乙烯，2000(2)．

[4]靳大純.機械密封的腐蝕與防護[J].石油化工設備技術，2001(1)．

[5]黃迷梅.液體氣動密封與泄漏防治[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003．