機械密封的應用及現狀

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）

石油化工生產過程是連續性的,生產中的介質普遍是高溫高壓、易燃易爆和有毒腐蝕性較強。對企業來說，機泵是生產工藝中最為常見的動力源。機械密封作為重要的機泵配件，提高設備密封技術水平對企業的長周期、安全運行是很重要的。

1 正確使用機械密封的意義

評定機械密封優劣的主要指標是泄漏量、可靠性和使用壽命三個方面。在密封的選型、制造、安裝及使用過程中，任一環節的不當都會對密封性能產生不良影響。我們經常遇到這種情況：同一個制造廠的產品在不同的用戶、不同的設備、不同的時期密封效果相差很大。建廠初期，密封泄漏量大，使用壽命短。生產平穩后機械密封的壽命就會大大延長，效果也大大地改觀。表1是對于機械密封失效方式的一種統計。

由統計可知，密封本身質量問題僅占34.5%，其余各種原因占65.6%，主要是密封應用方面的原因。美國機械工程師協會的相關調查表明，應用不當造成的故障比例與國內統計一致。因此，對于現在加工制造水平來說，密封失效的主要原因并非密封質量原因，絕大部分可能是使用者缺乏系統的知識和訓練，密封使用不當，尤其是對那些導致密封失效的因素缺乏準確的判斷。

2 安裝前檢查

2.1 材料檢查

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

2.2 密封結構

這是一個密封型式選擇的問題，許多企業都喜歡用比較高級、新出來的密封。但根據工業經濟性和可靠性，密封選擇上原則要以結構簡單、可靠性高、安裝維修方便迅速為主。大彈簧密封對于大直徑（70mm以上）傳動座突耳易磨損，具有四氟動環密封圈經冷流變形后易泄漏、波紋管式密封低溫易出現波紋管開焊等缺點，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以下優先選用大彈簧密封是比較合適的。另外一點是集裝式密封要優于分體式。

3 安裝

（1）密封開包后，首先看動靜環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輸保管過程中造成的，準確地講，靜環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，出現卡勁安裝就很難保證運轉不發生泄漏。標準規定還有許多要求，限于企業的技術裝備水平不能有效地通過檢查做到，這里就不介紹了。

（2）機械密封作為離心泵的一個部件，泵的安裝質量和精度勢必影響到軸封的性能。泵軸對它有很大影響。

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；轉子的軸向串量不超過0.3mm（國產大機泵在加工精度上很難保證這一點）。

（3）安裝密封關鍵是調整好密封的彈簧壓縮量，彈簧壓縮量主要保證靜止狀態下機泵不泄漏。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。大彈簧密封的預壓縮量可稍大一些。

（4）機泵運轉過程中，由于在動靜環表面形成了較細的油膜，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系。

4 介質對密封的影響

（1）不同介質中機械密封的壽命是有差別的。介質的潤滑性能、蒸汽壓、固體顆粒的含量以及腐蝕性能都對密封產生影響。如圖1是根據煉油廠中統計的平均壽命來繪制的。

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

表1 機械密封失效原因統計

（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；高黏度、低黏度及易揮發介質；有毒及有害介質；含有機械雜質及有結晶析出時；重型機械密封；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

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

根據實際經驗：熱裂紋、石墨環嚴重磨損是密封端面干運轉的結果；靜環離位和輔助密封圈故障是軸帶動密封串動所致。另外，介質中的固體顆粒會造成密封環夾渣而過度磨損。見圖2。

6 機械密封現狀

東北地區丹東克隆密封有限公司生產的DBM系列小彈簧和波紋管密封性能是比較穩定的，它具有動泄漏點少、抗震力強、有合理冷卻系統、使用溫度可達450℃等特點。現石化企業80%以上的單位采用它，運轉情況良好。

美國CHESTERTON公司現生產的密封已經發展到第三代產品，為了避免最易發生的密封失靈、軸承故障和特殊狀況緊急更換而設計的，加大密封腔、設有切線沖洗入口等，它的155和255型具有先進的可互換表面，具有散熱均勻、動態減壓表面窄、排放控制性佳等優點，達到了使用壽命長且可靠。

圖1 介質機械密封壽命的影響

圖2

英國克蘭公司推出的用于泵2800與2800E型氣體端面密封，實現了零泄漏、氣體潤滑和不接觸等新理念，已有500萬小時的應用經驗，與原機械密封相比，功耗下降了20%～50%，控制系統簡單且不用維修。

相比來說，集裝式機械密封和全剖式機械密封都是我們要發展的方向。錦石化發展的運動刃邊機械密封和石油大學直線槽氣體端面密封的研究都取得了不錯的效果。

一個企業的密封技術水平反映了從事密封管理人員的技術水平，所以，管理人員要不斷地開闊眼界。由于現有裝置中泵密封實際中使用多年，結構和型式實際上是合理的。至于密封的失效與否要與生產的“整體環境”結合起來，逐步掌握失效的準確原因，也就是對機械密封理解的一個飛躍。