戴冠雪

摘 要：機(jī)械密封是化工機(jī)泵中主要密封組件，除了要求有高密封性能外，還要求能長周期運(yùn)行。通過對機(jī)械密封磨損原因的分析，提出合適的安裝、選材、清洗方案要求，延長機(jī)械密封的使用壽命，增加機(jī)泵運(yùn)行周期。設(shè)備原因主要是不正確的密封裝配與安裝，如密封零部件安裝不正確、未對中或?qū)χ胁环?、管?yīng)力、設(shè)備的震動、密封腔襯套的磨損等。操作原因主要是沒有按照操作規(guī)程去操作，如開車前沒有排盡氣、密封沖洗液流失、氣穴現(xiàn)象、低的汽蝕余量、干運(yùn)轉(zhuǎn)、密封腔內(nèi)沖洗液不干凈、液體污染、泵控制或流量控制的誤操作。

關(guān)鍵詞：機(jī)械密封 磨損 機(jī)械損壞 過熱 化學(xué)

中圖分類號：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（a）-0090-02

機(jī)械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。作為密封組件，常用于化工生產(chǎn)中，密封磨損分析的目的不僅是針對一個(gè)特定的磨損分析其原因，而且通過磨損密封的癥狀找出引起密封磨損的原因，進(jìn)而找出解決方案，提高機(jī)械密封的可靠性和性能。

1 機(jī)械密封壽命縮短的一般原因及常見磨損類型

1.1 密封壽命縮短的一般原因

密封壽命縮短原因可分為設(shè)備原因及操作原因。設(shè)備原因主要是不正確的密封裝配與安裝，如密封零部件安裝不正確、未對中或?qū)χ胁环?、管?yīng)力、設(shè)備的震動、密封腔襯套的磨損等。操作原因主要是沒有按照操作規(guī)程去操作，如開車前沒有排盡氣、密封沖洗液流失、氣穴現(xiàn)象、低的汽蝕余量、干運(yùn)轉(zhuǎn)、密封腔內(nèi)沖洗液不干凈、液體污染、泵控制或流量控制的誤操作。其他原因如密封選型設(shè)計(jì)不正確、材料不正確及密封剛好完成壽命周期等。

1.2 密封泄漏的三個(gè)渠道

（1）摩擦副端面。

（2）形圈。從O型圈處的泄漏可能發(fā)生在動環(huán)、軸套、靜環(huán)、端蓋。

（3）密封接觸面的損壞或侵蝕。密封接觸面的損壞或侵蝕可分為密封腔端面或法蘭的侵蝕、軸套處的磨損或結(jié)疤、動環(huán)的破損。

1.3 密封失效的常見類型

密封磨損的常見類型有8種，可分為機(jī)械損壞、過熱損壞、化學(xué)損壞等。其中機(jī)械損壞包括磨損、振動；過熱損壞包括汽化、干運(yùn)轉(zhuǎn)、O型圈過熱、結(jié)焦；化學(xué)損壞包括化學(xué)侵蝕及腐蝕。其他磨損類型包括O型圈擠出、石墨環(huán)損壞、密封面變形、粘結(jié)、腐蝕等。

2 機(jī)械損壞的類型及預(yù)防措施

機(jī)械損壞包括固體顆粒磨損和振動兩種。

2.1 固體顆粒磨損

當(dāng)工藝介質(zhì)內(nèi)存在固體顆粒時(shí)，大的固體顆粒會停留在密封面的高壓區(qū)上，小的顆粒會穿過液膜密封面，在動靜環(huán)密封面上就會形成非均勻的磨損，通常會形成重度的周向圈狀溝槽或徑向橫穿面的溝槽。

這種情況出現(xiàn)主要因?yàn)榍逑匆旱牟粷崈?，可更改沖洗方案，如改為API 682規(guī)定中的帶旋液分離器（利用離心力來達(dá)到分離目的）的PLAN31（適用于固體顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%，顆粒密度高于介質(zhì)密度2倍的工況從泵出口引出，經(jīng)旋液分離器，清潔液自上部流出，進(jìn)入密封腔。含有顆粒的液體從下部流出，返回泵進(jìn)口）方案，該方案適用于工藝介質(zhì)中含有砂粒或其他固體雜質(zhì)。從外部引進(jìn)清潔介質(zhì)對密封進(jìn)行沖洗，能沖洗掉密封腔內(nèi)固體顆粒，適用于不潔凈液體、高溫液體。該方案需定期檢查密封水的溫度、壓力，防止閥門關(guān)閉或堵塞導(dǎo)致冷卻效果差，機(jī)封損壞。或者采用加入外來干凈沖洗液的PLAN32（外供沖洗液注入密封腔，沖洗密封，適用于含有固體顆粒或污染物的場合。選擇沖洗液時(shí)應(yīng)考慮沖洗液不能污染介質(zhì)，沖洗液消耗量較大）方案。在實(shí)際生產(chǎn)中，若上述兩種方案均不易實(shí)現(xiàn)，可將動靜環(huán)的石墨材料改為碳化鎢或碳化硅來增加密封壽命[1]。

2.2 振動

如果磨損機(jī)械密封的副密封O型圈下軸套或軸表面有高度拋光的溝槽或O型圈有被擠出的特征，則為振動導(dǎo)致的磨損。振動導(dǎo)致磨損的直接原因有軸的運(yùn)轉(zhuǎn)間隙過小、傳動銷不合適、補(bǔ)償環(huán)或彈簧故障等，間接原因有泵的汽蝕、機(jī)械缺陷、管道應(yīng)力、附近運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的振動傳遞。

發(fā)生振動時(shí)應(yīng)作如下預(yù)防措施。

（1）檢查泵的操作程序和工況，檢查泵的選型和安裝，必要時(shí)按規(guī)定操作程序重新啟動機(jī)泵。

（2）檢查泵腔葉輪側(cè)間隙，必要時(shí)更換相應(yīng)零部件。

（3）提供合理的管道支撐，必要時(shí)重新配管。

（4）檢查泵的工作狀態(tài)時(shí)對中情況。

（5）必要時(shí)核算該機(jī)泵或附近運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)荷載。

3 過熱損壞的類型及預(yù)防措施

3.1 汽化

發(fā)生汽化磨損的機(jī)械密封動靜環(huán)均有變色、徑向裂紋、蝕斑、外徑側(cè)小缺口的現(xiàn)象，并且運(yùn)行過程中會有砰砰乓乓的聲音。這種現(xiàn)象發(fā)生的原因是當(dāng)密封面局部過熱的時(shí)候引起了密封液膜消失，密封液高溫汽化，氣體體積瞬間變大擠出。

引起局部過熱的原因主要有以下幾點(diǎn)。

（1）泵的旋轉(zhuǎn)部件與靜止部件之間發(fā)生碰撞。

（2）密封沖洗管線的堵塞，或密封沖洗液流量不足。

（3）操作壓力接近介質(zhì)的飽和蒸汽壓力。

預(yù)防措施可為：增加密封腔壓力、降低密封腔的溫度，可以用水降低溫度。

3.2 干運(yùn)轉(zhuǎn)

發(fā)生干運(yùn)轉(zhuǎn)磨損的機(jī)械密封動靜環(huán)面會有變色、深而亮的劃痕、徑向熱裂紋、嚴(yán)重磨損和劃出的溝槽的現(xiàn)象，并且運(yùn)行過程中密封處會有尖叫聲。這種現(xiàn)象發(fā)生是因?yàn)闈櫥蛔?，?dǎo)致潤滑不足的原因有泵入口壓力降低或抽空、過濾器堵塞、未按正確操作規(guī)程排氣。對應(yīng)預(yù)防措施為保持介質(zhì)足夠的吸入量、按規(guī)程操作等。

3.3 型圈過熱

磨損的機(jī)械密封組件的O型圈如有硬化熱裂紋，PTFE接觸區(qū)域如變藍(lán)色則說明是O型圈過熱導(dǎo)致的磨損，直接原因是O型圈選型不能滿足溫度要求。

預(yù)防措施如下。

（1）選擇好的替代材料。

（2）降低與密封接觸的介質(zhì)的溫度。

（3）檢查沖洗管路是否堵住。

（4）檢查冷卻器是否堵塞。

（5）檢查是否是干運(yùn)轉(zhuǎn)或汽化導(dǎo)致密封面局部過熱。

3.4 結(jié)焦

失效的機(jī)械密封組件可能會出現(xiàn)結(jié)焦物堵卡現(xiàn)象。如大氣側(cè)泄漏物凝固，結(jié)焦物聚積導(dǎo)致補(bǔ)償環(huán)或彈簧卡死，將密封動環(huán)掛起，進(jìn)而導(dǎo)致大量泄漏。

預(yù)防結(jié)焦可以根據(jù)所輸送介質(zhì)性質(zhì)引入一個(gè)低壓干蒸汽急冷或在密封面的大氣側(cè)用熱凝結(jié)水背冷。

4 化學(xué)損壞的類型及預(yù)防措施

4.1 化學(xué)侵蝕

密封圈材料的化學(xué)侵蝕具體現(xiàn)象為表面破裂、溶脹、表面缺肉。密封圈材料的化學(xué)反應(yīng)腐蝕都是因?yàn)椴捎眠x擇了不正確的密封圈材料，可參考JB/T 7757.2及供應(yīng)商的材料選型手冊，選擇合適的密封圈材料。

4.2 腐蝕

腐蝕主要指金屬零件變質(zhì)。主要原因是原始選型時(shí)所選材料不正確，此時(shí)需選擇合適的耐腐蝕材料代替。

5 結(jié)語

選用適合的機(jī)械密封，提高安裝質(zhì)量，消除振動原因，加強(qiáng)操作管理，確保工藝指標(biāo)穩(wěn)定，選取合適的零部件材料都會減少機(jī)械密封磨損發(fā)生概率，增加機(jī)械密封運(yùn)行的穩(wěn)定性、長周期性。

參考文獻(xiàn)

[1] 王云祥.機(jī)械密封失效分析和延長使用壽命的研究[D].北京化工大學(xué)，2015.

[2] 張寶忠，肖敏.內(nèi)置式機(jī)械密封變形分析與計(jì)算[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003（1）：62-63.