淺談液化石油氣泵的機械密封

李鑫

摘要: 根據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,結合工作實踐與相關理論，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：隨著環境保護和人類對健康要求的不斷提高以及對化工企業安全生產的要求更加重視，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，才能保證生產裝置安全平穩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、天然氣中的輕質烴類，在常溫、常壓下呈氣體狀態，在加壓和低溫的條件下為液體狀態，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化制合成氣，可作為工業、民用、內燃機燃料，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域。液化石油氣是一種易燃物質，空氣中含量達到一定濃度范圍（1.7%～10%）時，遇到明火即會發生爆炸。

1.2液化石油氣泵的密封

液化石油氣泵是專門用于抽吸、輸送液態的液化石油氣并提高液體壓力，將機械能轉為液體能的一種機械設備。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設備之一。液化石油氣泵的密封失效和泄露一直是影響企業安全生產的需要解決的難題之一。

因此在煉油、化工及諸多行業的生產中，像液化石油氣泵這樣的機械設備的密封技術越來越多被人們所重視。由于機械設備的泄漏不僅造成原料、產品和能源的浪費，同時也污染了環境，并給安全生產帶來了危害，因此密封技術在眾多科學研究領域中得到了較快的研究開發和利用，一些先進的密封技術正逐漸地取代了較落后的密封技術。當今的機械轉動設備中所使用的密封種類繁多，其密封形式也各式各樣，如：一些填料密封現在還應用于往復機泵上，在透平調節閥、抽汽閥及速關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，填料密封仍在續繼應用。在現代化煉油化工生產中，機械密封的應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、浮環密封、疏齒密封及干氣密封在不同的工礦條件下被廣泛應用。

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流體機械的軸封裝置。它用于離心泵、反應釜、壓縮機等設備，由于軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質從中泄漏，因此必須設置一道阻漏裝置將泄露介質密封隔離。因為機械密封具有泄漏少、壽命長等優點，成為了主要的軸密封方式，也被稱為端面密封。

在國家有關標準中對機械密封的定義是：由至少一對垂直于旋轉軸線的端面組成，在流體壓力及補償機構彈力(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、靜環摩擦副構成。

2）緩沖補償機構：

由彈性元件(圓柱彈簧、圓錐彈簧、波片彈簧、波紋管等)構成。

3）輔助密封圈：

包括動環密封圈、靜環密封圈等，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，依靠彈力和介質壓力保持貼和（動密封點，兩個摩擦副之間有相對轉動）；

泄漏點2—補償環密封圈，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）傳動關系

軸或軸套──緊固螺釘5──彈簧座4──彈簧3──補償環1──壓蓋──防轉銷8──非補償環6，經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）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化為軸向密封，在彈簧和介質壓力共同作用下，對由于設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；對于高于正壓（大氣壓）的機泵，密封的作用是防止機泵內介質向外泄漏）。

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，動環和靜環端面的相互摩擦，將不斷產生摩擦熱，使摩擦副內溫度升高，給機械造成以下的影響：

1）摩擦副內液膜蒸發、汽化造成干摩擦；

2) 摩擦副內液膜粘度下降，潤滑情況差；

3）摩擦副介質蒸汽壓增加，從而產生泄漏；

4）加速介質的腐蝕作用；

5）輔助密封圈老化，失去彈性，甚至分解；

6）動、靜環產生變形。

（2）靜環密封失效

靜環密封點泄漏多數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、老化變質等。只要設計結構和材料選擇正確，密封圈做過仔細檢查，并且做到仔細安裝靜環密封是可以保證質量的。

（3）動環密封失效

理論上影響動環密封效果的主要有以下幾方面：

1）介質影響：介質壓力越高泄漏量會越大，粘度低的介質較粘度高的介質更易泄漏，帶顆粒和易結垢的介質比干凈穩定的介質更易泄漏；

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；軸在運轉中越易擺振，則越易泄漏；轉速越高越易泄漏；

3）密封結構：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，泵的其它零部件設計安裝不合理是產生振動的根源，如泵軸設計不合理、加工質量的原因、軸承精度不夠、聯軸器的平行度差、徑向力大、出現氣蝕現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）由于碳化鎢環與不銹鋼座等焊接的問題，在使用中不銹鋼座易產生晶間腐蝕；

3）焊接金屬波紋管、彈簧等在應力與介質腐蝕的共同作用下易發生破裂。

（6）高溫效應產生的密封失效

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象。在密封面處由于干摩擦、冷卻水突然中斷，雜質進入密封面、抽空等情況下，都會導致環面出現徑向裂紋；

2）石墨炭化是使用碳—石墨環時密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨環一旦超過許用溫度（一般在-105～250℃）時，其表面會析出樹脂，摩擦面附近樹脂會發生炭化，當有粘結劑時會發泡軟化，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。現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對措施