石油化工生產常用機械密封形式及失效原因探討

袁明蛟

摘 要：石油化工產業所生產的產品或提供的服務具有一定安全風險，尤其是易燃、易爆、易腐蝕和毒性使得其常常會引發比較嚴重的安全生產事故，甚至造成眾多人員傷亡，加強其密封生產管理勢在必行。本文在闡述石油化工生產常用機械密封形式的基礎上，詳細闡述了其失效成因，希望確保新時期我國石油化工生產作業可以穩定、安全進行。

關鍵詞：石油化工；機械密封形式；失效原因

為了有效防范石油化工生產過程中因泄露問題造成火災、爆炸或中毒等安全事故的出現，就必須要重視強化石油化工生產過程中的密封管理。機械密封則是為了阻止石油化工生產機械設備在運行過程中出現泄漏的重要防護操作，具有耐久性好、適應能力強和可靠性高等優勢，但是為了防范其失效，有必要對其失效成因進行探究。

1 石油化工生產中常用的機械密封形式

1.1 接觸式機械密封形式

目前，接觸接觸式密封形式是石油化工生產中比較常見的一種密封形式，具體就是指密封面微凸體接觸的一種機械密封形式，相應的摩擦狀態除了邊界摩擦外，還有混合摩擦。根據劃分指標的不同，接觸式機械密封也可以劃分成如下幾種類型。

1.1.1 內置式密封和外置式密封

前者主要是將在密封箱內安裝動環與彈簧，并使其和介質之間保持相互接觸狀態，充分借助密封箱內裝的介質壓力來起到密封作用，具有廣泛的應用條件；后者是在密封箱外安裝動環和彈簧，使其和介質保持隔離狀態，主要適用于工作壓力低、易結晶介質、高黏度和強腐蝕環境等場合中。

1.1.2 旋轉式密封和靜止式密封

旋轉與靜止的標準是指彈簧是否會在密封中隨著軸一塊發生轉動，前者會使彈簧受到離心作用因素影響，不適用于高速機械密封（速度超過20～30m/s），后者彈簧不會受到離心作用，可以應用于高速機械密封中。

1.1.3 外流型和內流型

該種摩擦式密封類型的劃分主要是根據介質泄漏方向是否和離心方向保持一致來決定。如果二者方向保持一致，則就屬于內流型密封，反之則為外流型密封。相較于外流型，內流型密封中的離心力作用會避免流體泄露出去，相應的泄漏量比較少，所以更加適應于高壓場合。而外流型密封則更加適應于低壓場合，一般壓力控制在1～2MPa。

1.1.4 平衡型和非平衡型

平衡與非平衡的判別標準是指作用于單位密封面上軸向壓緊力和密封室內介質壓力二者之前的大小，如果前者比較小則意味著為平衡型密封，反之則為非平衡性密封。平衡型密封的密封面上所承受到的作用力受到介質壓力變化的影響比較小，主要適用于高圧密封；反之非平衡性密封的密封面上所承受到的壓力會受到介質壓力變化的影響比較大，所以更加適合于低壓密封。

1.1.5 大彈簧型和小彈簧型

該種密封形式劃分標準是實際的密封中采用的是單獨的一個大彈簧還是沿周圍點布置一些小彈簧，前者稱為集中大彈簧型密封，主要適用于小直徑低速密封中，一般直徑不大于80～150mm；后者被稱為點布小彈簧型密封，主要適用于大直徑、高速密封，但其容易受到腐蝕或者被堵塞，故不太適用于存在固體顆粒介質或腐蝕介質的環境中。

1.2 接觸式機械密封形式

非接觸式機械密封區別于接觸式，其實際上就是指密封面微凸體不接觸的一種密封形式，相應的摩擦狀態包括彈性流體動力潤滑和流體摩擦。從整體上來看，其主要包括浮環密封和迷宮密封等。浮環密封是指軸和內外浮環之間存在一定間隙，內外浮環端面會在介質壓力和彈簧力作用下分別同擋環和隔離環端面保持貼合狀態，確保最佳密封效果，同時有助于出現轉銷。迷宮密封則是由一組環狀密封齒片所構成，軸和齒之間存在一組膨脹空腔和節流間隙，氣流會在經過間隙的過程中形成節流效應，進而起到降低液體或氣體外流量的密封作用。

2 石油化工生產中常用的機械密封失效原因

2.1 密封面出現磨損

在實際的使用過程中，如果密封面存在嚴重磨損情況，那么勢必會使其密封性能出現降低或失效情況。比如，如果密封面端面溫度比較高，那么在長時間運行時候會不斷磨損密封面；設計密封面粗糙度的時候，設計數值過高，使得實際應用過程中出現了嚴重磨損；沒有合理選擇摩擦副的時候，可能會因溫度、壓力等工況和介質性質不同而造成摩擦面磨損問題等等，這些因素均可能會造成密封面磨損，進而引發機械密封失效問題。

2.2 密封元件遭受腐蝕

在日常使用過程中，如果密封元件長期處于過酸或過堿的條件下，那么容易出現腐蝕，不只是金屬原價，非金屬密封元件也同樣會受到腐蝕。比如，石墨環本身的耐腐蝕性能比較差，其在油化工生產過程中的強酸堿環境下會出現嚴重腐蝕，進而影響其正常性能發揮。

2.3 工藝操作和介質特性影響

如果沒有嚴格按照規定操作流程進行操作，那么密封面可能會在泵運轉過程中處于抽空的狀態下因干摩擦而造成密封失效；或者輸送介質為易結晶或懸浮液，那么會因這些介質對密封面液膜造成破壞，加劇了密封面的磨損。

總之，安全是石油化工生產的第一要素，也是其他一些工作的基礎和前提。機械密封失效的成因眾多，涵蓋了密封面磨損、密封面設計不合理、摩擦副選型不當等等。為了有效防范石油化工生產機械密封失效，必須要結合實際的生產需求來合理選擇機械密封形式，同時要強化機械密封設計、應用和維護等各個方面的管理。

參考文獻：

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