關于化工機泵新型機械密封的應用的探討

宋麗華

【摘要】目前在化工機械泵中應用的比較廣泛的是新型雙端面機械密封，屬于接觸式波紋管類的機械密封，機械端面之間的摩擦而產生的熱量將導致流體膜的結焦、機械密封環出現老化的現象、端面裂縫等，這些問題會使得機械密封在機械的運轉中出現失效的現象，這些不僅會對機械造成損壞，同時還為石油化工的生產工作帶來了很大的隱患。本文主要是通過探究新型機械密封的結構引起機械密封失效的原因，然后提出提高機械密封性能的措施。

【關鍵詞】機械密封密封面材料結構腐蝕性磨損

在石油化工企業中，機械密封在流體機械和動力機械中必須的零件部分，它在機械當中的使用是必不可少的，對機器、設備等的安全性能有很大的影響。

一、新型機械密封的結構

機械密封以其密封性能好、性能可靠、泄露小、使用周期長等優點，在化工機泵中有著廣泛的應用，并在不斷的發展中會成為了很多機械設備的關鍵元件。在石化工業當中，機械密封廣泛的應用于各種旋轉設備當中。隨著科學技術的不斷發展，機械密封的制造技術也越來越成熟，出現了例如波紋管型、窄環刃邊型等新型機械密封結構。

1.1波紋管型機械密封

彈性元件、輔助性的密封材料、轉矩傳動共同組成了波紋管這種密封元件，所以這種類型的密封元件不同于傳統的密封元件，它的使用是對彈簧和輔助密封的節省，減少密封元件。目前這類機械密封元件市場上有成型金屬波紋管和焊接金屬波紋管兩類機械密封。

1.2窄環刃邊型機械密封

這種密封元件在結構上的特點主要就是在將動環的密封面進行窄處理形成很窄的刃邊密封，這種密封元件的寬度控制在0.5毫米至0.6毫米之間，密封元件的平衡比控制在0.5以內，由于這種新型的密封元件的密封面足夠窄，這樣就保證了雜質不易進入，即使有雜質進入了密封元件內刀刃也能夠將其切斷后排除到外面。這種類型的密封元件還能夠避免密封元件出現徑向變形，具有抗高壓的作用、很好的冷卻效果。

1.3集裝式機械密封裝置

這種密封式是傳統的機械密封發展而來形成的新型密封形式，它將軸套、密封端蓋融合在一起，和普通的機械密封元件相比它具有以下的特點：（1）傳統的機械密封元件在裝置上只有機封本身，但是這種機械密封卻是將軸套和端蓋等融為一體的裝置，通過在端面上進行預調可以不斷的進行密封裝置的完善。（2）普通、傳統的機械密封在安裝上任何一個環節出現問題都要進行拆除后重新進行安裝，這樣就導致機械密封的安裝時間長、費用高，并且裝置的質量也是沒有辦法保證的。但是集裝式機械密封在出廠前已經由專業人員進行了安裝，同時已經進行了出廠試驗的檢測，所以這樣的裝置不僅保證了裝置安裝的時間也保證了裝置的質量。集裝式的機械密封只需要簡單的安裝就能夠正常的應用于石油化工泵中。（3）集裝式的密封裝置可以根據客戶的實際需要進行冷卻、沖洗等借口的擴展，同時還能夠和機械的相關輔助設備相連接。（4）這種密封裝置比壓在出廠前已經進行了調整，完全符合機械的運營需求，所以質量和性能上是能夠保障的。（5）這種密封裝置是比較方便運輸，在運輸的過程中不容易出現損壞等。

二、造成機械密封失效的原因

2.1機封失去彈性或者機封出現斷裂而導致的密封失效

波紋管機封在使用時間長后，密封件的剛度和彈性都會隨著時間而降低，也就是出現了失彈的現象。波紋管機封實際應用結果表明當失彈率超過20%的時候機械密封就會失效，從而導致機械出現泄漏。波紋管機械密封在使用的過程中還發現當使用溫度高于300攝氏度的時候，機械密封就會出現失彈的現象，而將這些失彈的密封元件拆除進行測量后，測量結果顯示波紋管的組件高度減少2至3毫米。如果從機械密封失效的原理上來看，這種密封失效的原因主要是密封元件的永久性變形或者是應力上的松弛，還有就是波紋管的縫隙中出現晶體的沉淀，這些主要就是高溫和載荷。

如果在高溫條件下，在加上接觸的比壓增大的時候，高溫和載荷二者共同作用將會使機封出現斷裂的現象，溫度和載荷越大，斷裂的可能性就越高。

2.2機封中石墨環的磨損嚴重而引起的密封失效

石墨環的過度磨損引起的密封失效是比較嚴重的，波紋管的有效直徑對機封的斷面作用，引起比壓的變化，為一個能夠發揮有效作用的機封件直徑是需要根據壓力的變化而進行調整的，波紋管在收到大量外部壓力的作用下，有效直徑就會在壓力的作用下而變小；但是當波紋管受到的壓力是內壓時，有效直徑是隨著壓力的增大而增大的，壓力不斷的加大，就會使得摩擦副過度的摩擦，這樣出現的石墨環過度摩擦也就會引起密封失效。

2.3因為硬質合金環出現表面的熱裂而引起的密封失效

機封的長期使用就可能在硬質合金環上出現從硬面中心不斷向外發散的粗細不一的裂紋，這些都是由于熱裂原因造成的密封失效。所以分析失效的原因主要就是進行熱裂原因的分析，局部的熱應力是導致熱裂現象的最主要的原因，硬質合金環和環座這兩種材料的膨脹系數是有差別的，不管是采用堆焊的結構，還是采用整體的結構，密封沖洗液的類型、密封沖洗的方式、沖洗液的流量這些都是引起機封端面熱裂的原因。

2.4由于密封墊的失效而引起的密封失效

輔助的密封元件在確保密封效果的時候是非常重要的，其中動靜環的密封墊片的損壞是引起密封失效的關鍵原因。這些密封墊的損壞主要是因為在密封墊的安裝過程當中由于工作的失誤而導致的密封墊的損壞，軸套的錐形鋁墊，一種情況下在安裝的過程當中密封墊的螺栓力受力不夠均勻，密封墊由于變形緊密的和軸貼合在一起；另外一種情況是高溫的長期作用，密封墊出現老化的情況。

三、提高化工機泵機械密封性能的措施

3.1機械密封結構的選取

一般的情況下，現在應用的結構主要有內裝式和外裝式、內流式和外流式、旋轉式和靜止式、單彈簧式和多彈簧式、單端面和雙端面、非平衡式和平衡式六種分類，其都有和自己相適應的場合。例如大多數機泵密封的結構都采取內裝端面型，這種結構是比較簡單的，在生產上是比較容易的，在強腐蝕性、顆粒性的介質中是都適合的。它在壓力低和介質危險的等級低的的情況下適用。

高性能的機械密封體和內裝端面結構的機械密封體在適用范圍上正好是互補的，例如高速的離心泵，出口壓力和離心轉速都是比較大的，所以機械密封就被設計成了內流型、靜止型等，這樣就和高速運轉的需求相適應。在設計機械密封裝置的時候一是采取在靜環處放置彈簧的手段，一種是采取內流型的設計。這些措施都是保證機械密封裝置平穩運行的有效措施。

隨著科技的發展，密封技術也在不斷的進步著，一些新技術的誕生為石化企業的發展帶去了新的生機和動力。將某化工廠氨泵作為本次研究的例子，在連接方式上采用的是兩級機串聯的方式進行的，一級結構是波紋管密封式，二級為BW氣體密封式，其錐形塊軸承（見圖1）的形成是基于熱變形帶來的波浪面，這樣就導致通過前緣的流體較多，通過后緣離開的流體就比較少了，于是流體的壓力就形成于靜止面和旋轉面之間，流體能夠讓靜止面和旋轉面相互分離，也就達到了密封的作用。

3.2密封材料的選取

機械密封面是有一定的精度的，而它的精度是由密封面的材料決定的，所以要想保障機械密封的使用我們必須保證好密封材料，做到密封面材料和所要求的精度相匹配：（1）密封面硬材料如何選用：現代應用的比較廣泛的硬材料主要分為四種：第一：金屬材料：包括模具鋼、鑄鐵等，金屬材料主要適用于油類液體，負荷要求比較低的，現在的密封面中金屬材料已經應用的不多了。第二：工程陶瓷類：負荷等級要求中等，在海水和藥液的密封中應用的比較多，這種材料的耐腐蝕性很強，但是不耐熱，現在碳化硅已經逐漸的代替了工業陶瓷，并且在酸泵上的使用已經是比較成熟的了。第三：硬質合金材料：這種材料的主要特點是韌性高、耐腐蝕性強，現在已經成為了最受歡迎的密封面材料。第四：新型陶瓷材料：現在廣泛應用的新型陶瓷材料主要有碳化硅，它在硬度上可以和金剛石相媲美，同時還有很強的耐腐蝕性，同時還能在極高的溫度下保持優點。（2）密封面軟材料如何選用：在機械密封中應用的最多的軟材料是石墨，石墨有很好的潤滑性、成本低、化學穩定性強等特點，在使用的時候一般都會根據不同的場合需求對石墨進行熱固性樹脂的浸漬。聚四氟乙烯中添加石墨粉、玻璃纖維等材料能夠對其性能進行改善，同時還保持了耐腐蝕性能，同時軟性材料還有工程塑料。在密封面軟材料的選用上需要根據實際情況進行，選取適合機械類型和生產需要的材料。

3.3改造機封的冷卻水系統

將原本能力不足的熱換器進行技術上的革新，將熱面積進行擴大。將冷卻水的管線進行重新配置，改變原有冷卻水循環量不足的現象，不斷的提高冷卻效果。在冷水沖洗管上安置上節流閥，進行沖洗量和壓力的監控，防止沖洗的水量問題引起的不良后果。同時，進行了冷卻水系統的改造完成后，要進行冷卻系統的正確維護。

四、總結

本文的研究可以總結為以下幾個方面：（1）通過對現在使用的比較廣泛的新型機械密封裝置進行了詳細的分類，并指出這些密封裝置在密封方面的優勢。（2）本文主要是將波紋管的密封元件作為研究的重點對象，通過分析引起密封失效的各種原因，最后指出了如何進行密封性能的提高。（3）機械密封性能的提高可以從密封裝置的結構上，密封元件的材料選取上入手，選取合適性能好的密封裝置是確保機械密封穩定性的關鍵。

化工機泵的機械密封要想做更好，應該更加注重密封裝置的改進，從各個影響因素下手，不斷的進行技術和材料的革新。

參考文獻

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