機(jī)械密封的應(yīng)用及現(xiàn)狀

邸鴻，楊德峰，常政剛

（中國石油吉林石化公司高碳醇廠,吉林 吉林 132022）

石油化工生產(chǎn)過程是連續(xù)性的,生產(chǎn)中的介質(zhì)普遍是高溫高壓、易燃易爆和有毒腐蝕性較強(qiáng)。對(duì)企業(yè)來說，機(jī)泵是生產(chǎn)工藝中最為常見的動(dòng)力源。機(jī)械密封作為重要的機(jī)泵配件，提高設(shè)備密封技術(shù)水平對(duì)企業(yè)的長(zhǎng)周期、安全運(yùn)行是很重要的。

1 正確使用機(jī)械密封的意義

評(píng)定機(jī)械密封優(yōu)劣的主要指標(biāo)是泄漏量、可靠性和使用壽命三個(gè)方面。在密封的選型、制造、安裝及使用過程中，任一環(huán)節(jié)的不當(dāng)都會(huì)對(duì)密封性能產(chǎn)生不良影響。我們經(jīng)常遇到這種情況：同一個(gè)制造廠的產(chǎn)品在不同的用戶、不同的設(shè)備、不同的時(shí)期密封效果相差很大。建廠初期，密封泄漏量大，使用壽命短。生產(chǎn)平穩(wěn)后機(jī)械密封的壽命就會(huì)大大延長(zhǎng)，效果也大大地改觀。表1是對(duì)于機(jī)械密封失效方式的一種統(tǒng)計(jì)。

由統(tǒng)計(jì)可知，密封本身質(zhì)量問題僅占34.5%，其余各種原因占65.6%，主要是密封應(yīng)用方面的原因。美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)的相關(guān)調(diào)查表明，應(yīng)用不當(dāng)造成的故障比例與國內(nèi)統(tǒng)計(jì)一致。因此，對(duì)于現(xiàn)在加工制造水平來說，密封失效的主要原因并非密封質(zhì)量原因，絕大部分可能是使用者缺乏系統(tǒng)的知識(shí)和訓(xùn)練，密封使用不當(dāng)，尤其是對(duì)那些導(dǎo)致密封失效的因素缺乏準(zhǔn)確的判斷。

2 安裝前檢查

2.1 材料檢查

密封所有的零件要耐介質(zhì)的腐蝕，這是密封的基礎(chǔ)。高溫工作條件要考慮有足夠的強(qiáng)度、硬度和較小的線熱脹系數(shù)。一般選擇碳化鎢、碳化硅、氧化鋁與石墨配對(duì)時(shí)，密封端面出現(xiàn)的溝紋就比較少。

2.2 密封結(jié)構(gòu)

這是一個(gè)密封型式選擇的問題，許多企業(yè)都喜歡用比較高級(jí)、新出來的密封。但根據(jù)工業(yè)經(jīng)濟(jì)性和可靠性，密封選擇上原則要以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、安裝維修方便迅速為主。大彈簧密封對(duì)于大直徑（70mm以上）傳動(dòng)座突耳易磨損，具有四氟動(dòng)環(huán)密封圈經(jīng)冷流變形后易泄漏、波紋管式密封低溫易出現(xiàn)波紋管開焊等缺點(diǎn)，因此，任何一種密封都有它的使用局限性。在高溫下采用金屬波紋管式密封、普通工況且軸徑100mm以下優(yōu)先選用大彈簧密封是比較合適的。另外一點(diǎn)是集裝式密封要優(yōu)于分體式。

3 安裝

（1）密封開包后，首先看動(dòng)靜環(huán)面上是否有縱向和橫向裂紋，它們主要是由于加工廠冷處理和運(yùn)輸保管過程中造成的，準(zhǔn)確地講，靜環(huán)端面平面度用平晶檢查不超過3條光帶。密封彈簧彈起要求有力和均勻，出現(xiàn)卡勁安裝就很難保證運(yùn)轉(zhuǎn)不發(fā)生泄漏。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定還有許多要求，限于企業(yè)的技術(shù)裝備水平不能有效地通過檢查做到，這里就不介紹了。

（2）機(jī)械密封作為離心泵的一個(gè)部件，泵的安裝質(zhì)量和精度勢(shì)必影響到軸封的性能。泵軸對(duì)它有很大影響。

密封箱和泵體及壓蓋和密封箱的止口間不要超過0.1mm；密封箱端面和軸的垂直度不超過0.04mm；轉(zhuǎn)子的軸向串量不超過0.3mm（國產(chǎn)大機(jī)泵在加工精度上很難保證這一點(diǎn)）。

（3）安裝密封關(guān)鍵是調(diào)整好密封的彈簧壓縮量，彈簧壓縮量主要保證靜止?fàn)顟B(tài)下機(jī)泵不泄漏。如果采用集裝式密封就直接保證安裝精度，一般在4.5～4.8mm。大彈簧密封的預(yù)壓縮量可稍大一些。

（4）機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于在動(dòng)靜環(huán)表面形成了較細(xì)的油膜，推開了相互的摩擦。泄漏與否跟彈力裝置是否均勻有很大的關(guān)系。

4 介質(zhì)對(duì)密封的影響

（1）不同介質(zhì)中機(jī)械密封的壽命是有差別的。介質(zhì)的潤(rùn)滑性能、蒸汽壓、固體顆粒的含量以及腐蝕性能都對(duì)密封產(chǎn)生影響。如圖1是根據(jù)煉油廠中統(tǒng)計(jì)的平均壽命來繪制的。

在沒有沖洗的情況下,重質(zhì)油和水泵的平均壽命只有半年多，以輕質(zhì)油的平均壽命最低。這里的重油是指蠟油、重油和渣油等。輕質(zhì)油是指柴油、汽油和液態(tài)烴。由于重質(zhì)油的潤(rùn)滑性、蒸汽壓等性質(zhì)均優(yōu)于輕質(zhì)油，所以輕質(zhì)油的使用壽命短。沖洗后輕質(zhì)油尤其是液態(tài)烴密封腔中的壓力提高了，同時(shí)能及時(shí)地將產(chǎn)生的摩擦熱帶走，密封狀態(tài)穩(wěn)定，所以使用壽命延長(zhǎng)了80%。而對(duì)于重油，沖洗雖然也有利，卻沒有輕質(zhì)油那樣顯著，密封壽命僅延長(zhǎng)21%。

表1 機(jī)械密封失效原因統(tǒng)計(jì)

（2）如下工況是不能缺沖洗作用的。

工作溫度超過密封件允許溫度時(shí)；高黏度、低黏度及易揮發(fā)介質(zhì)；有毒及有害介質(zhì)；含有機(jī)械雜質(zhì)及有結(jié)晶析出時(shí)；重型機(jī)械密封；由于沖洗種類不同，采用的控制方法也不同。

5 密封失效的原因及分析

“機(jī)械密封很少是由于長(zhǎng)時(shí)期磨損而失效的，其他因素則往往能促使其過早地失效”，“密封的有效工作時(shí)間在很大程度上取決于應(yīng)用情況”。在實(shí)際工作中，安裝和使用不當(dāng)是密封失效的主要因素。

根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)：熱裂紋、石墨環(huán)嚴(yán)重磨損是密封端面干運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果；靜環(huán)離位和輔助密封圈故障是軸帶動(dòng)密封串動(dòng)所致。另外，介質(zhì)中的固體顆粒會(huì)造成密封環(huán)夾渣而過度磨損。見圖2。

6 機(jī)械密封現(xiàn)狀

東北地區(qū)丹東克隆密封有限公司生產(chǎn)的DBM系列小彈簧和波紋管密封性能是比較穩(wěn)定的，它具有動(dòng)泄漏點(diǎn)少、抗震力強(qiáng)、有合理冷卻系統(tǒng)、使用溫度可達(dá)450℃等特點(diǎn)?，F(xiàn)石化企業(yè)80%以上的單位采用它，運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好。

美國CHESTERTON公司現(xiàn)生產(chǎn)的密封已經(jīng)發(fā)展到第三代產(chǎn)品，為了避免最易發(fā)生的密封失靈、軸承故障和特殊狀況緊急更換而設(shè)計(jì)的，加大密封腔、設(shè)有切線沖洗入口等，它的155和255型具有先進(jìn)的可互換表面，具有散熱均勻、動(dòng)態(tài)減壓表面窄、排放控制性佳等優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了使用壽命長(zhǎng)且可靠。

圖1 介質(zhì)機(jī)械密封壽命的影響

圖2

英國克蘭公司推出的用于泵2800與2800E型氣體端面密封，實(shí)現(xiàn)了零泄漏、氣體潤(rùn)滑和不接觸等新理念，已有500萬小時(shí)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，與原機(jī)械密封相比，功耗下降了20%～50%，控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單且不用維修。

相比來說，集裝式機(jī)械密封和全剖式機(jī)械密封都是我們要發(fā)展的方向。錦石化發(fā)展的運(yùn)動(dòng)刃邊機(jī)械密封和石油大學(xué)直線槽氣體端面密封的研究都取得了不錯(cuò)的效果。

一個(gè)企業(yè)的密封技術(shù)水平反映了從事密封管理人員的技術(shù)水平，所以，管理人員要不斷地開闊眼界。由于現(xiàn)有裝置中泵密封實(shí)際中使用多年，結(jié)構(gòu)和型式實(shí)際上是合理的。至于密封的失效與否要與生產(chǎn)的“整體環(huán)境”結(jié)合起來，逐步掌握失效的準(zhǔn)確原因，也就是對(duì)機(jī)械密封理解的一個(gè)飛躍。