化工機械密封故障原因及對策

周凱(玖譽(山東)科技工程有限公司，山東 淄博 255000)

0 引言

化工機械裝置具體使用期間若有密封故障問題產生，勢必會影響到機械運行效率以及安全。因而，積極分析化工機械發生密封故障的原因，并提出有效應對對策具有現實意義和價值。

1 機械密封

機械密封以靜環、動環為主要部件，靜環固定，動環則伴隨著主軸旋轉，平直光滑動環與靜環端面，其依賴于密封介質與彈性構件之間壓力，實現互相貼合及相對轉動，兩者端面相互間維持極薄一層液體膜，促使密封目的得以達到。機械密封優良，壽命長，在不同含磨蝕性的固體顆粒、強腐蝕性、易燃易爆、有毒、黏度等各種介質密封處理中被廣泛應用，壽命一般在25 000 h左右，最低為8 000 h。技術指標層面，通常為-200～450 ℃溫度、5～2 000 mm軸徑、150 m/s線速度、10-6MPa真空至45 MPa高壓。機械密封系統，通常被稱作機械密封的輔助性系統、機械密封沖洗、管線與冷卻系統等。若想確保機械密封穩定可靠地工作，不僅要合理設計密封本身、適當選用材料、良好制造安裝，且需注重適宜輔助系統的選用。機械密封系統內含溫度與壓力控制、雜質清除、流體替代等系統。基本器件則以過濾裝置、換熱裝置、增壓罐、儲罐、控制儀表、管件、管道、泄漏指示裝置、循環套、循環輪、節流套、孔板、旋液分離裝置等為主。增壓罐，即借助自身所設壓差活塞和密封介質維持壓差狀態，對儲存隔離流體實現有效存儲的一種壓力容器，內設蛇管保溫冷卻夾套。在有需求的情況下，增壓罐當中可增設磁性液位相應報警裝置。安設增壓罐，需注意垂直安裝操作，且要比密封腔高，安設高度以0.5～1.0 m為宜；儲罐是儲存相應隔離流體的重要壓力容器。加壓時，儲罐可使用氣體加壓，儲罐內隔離流體通常是自然散熱，在有需求情況下增設蛇管換熱裝置，使散熱能力提高。儲罐設液位計，在有需求情況下增設手動式補液裝置；過濾裝置，結構形式常見磁性或者Y形過濾裝置；換熱裝置，一般為間壁型換熱裝置，設置于介質沖洗的密封系統內，換熱裝置具體布設可呈臥式或立式，設置在密封腔上面，以0.5～1.0 m距離為宜。

2 機械密封的系統功能分析

機械密封各輔助系統對機械密封本體的運行可以起到良好的改善作用，可有效地提升機械密封運行的可靠性，機械密封輔助系統的功能大致可歸結為：沖洗功能、密封運行溫度有效調節及控制功能、密封運行壓力的有效調節及控制功能、除雜以及過濾功能、流體代替功能，還有正常泄漏及有害于環境微量介質有效沖洗稀釋、科學轉移等各項系統功能。

2 常見故障類型

2.1 機械損壞

機械損壞集中表現在以磨損、沖蝕等為主，及其余因缺乏機械強度所致的多種形式損壞。

(1)磨損。固體顆粒逐步侵入至密封面內部，磨損軟密封面，固體顆粒有時會嵌入至軟密封面內部，致使硬密封面會受固體顆粒的影響而產生磨損。

(2)沖蝕。密封流體致使密封元件發生沖蝕磨損。在一定程度上，密封表面沖蝕磨損僅發生在高壓差、重負荷的密封當中，受高壓差影響，密封表面翹曲，致使流體沖蝕密封面。

2.2 熱損壞

在熱損壞方面，集中表現為過熱，以熱裂、疤皰為主。一是，熱裂現象。在較大熱應力作用下，整個密封環表面極易有徑向裂紋產生，出現熱裂現象，在熱裂情況下，密封環實際磨損程度明顯增加。二是，皰疤現象。皰疤屬于一種過熱現象，由于非均質類型材料各組分呈不同膨脹系數，導致擠出黏結劑，促使損壞產生。如果密封面內部溫度持續提升，熔化浸漬劑對摩擦起到一定不良作用，都會致使皰疤現象產生。

2.3 化學損壞

一是表面腐蝕。金屬表面若與腐蝕介質接觸，便會產生表面腐蝕。為避免表面發生腐蝕，便需注重耐蝕材料的合理選定。二是點蝕。包含整個密封面產生點蝕、局部產生深坑點蝕兩種情況。在選定不銹鋼材料時，被鈍化后氧化鉻保護膜局部遭到破壞的情況下，會有點蝕產生。點蝕和均勻腐蝕相比較，危害性更大；三是晶間腐蝕。雖呈較小的腐蝕幾率，晶間腐蝕卻會對金屬內部產生深入腐蝕作用。因缺口效應，致使切斷損壞現象發生。針對奧氏體的不銹鋼，450～850 ℃范圍易發生晶間腐蝕，晶界位置析出碳化鉻，出現材料惰性喪失，最終引發了晶間腐蝕。四是應力腐蝕。應力腐蝕通常是處于高拉應力條件下產生，溝痕以及裂紋為初期表現，最后會發生完全斷裂現象；五是在縫隙腐蝕層面。縫隙腐蝕屬于氧濃差電池性質腐蝕現象，兩個零件臨近狹窄的縫隙位置最易發生縫隙腐蝕。機械密封的O形圈周邊位置就極易產生這種縫隙腐蝕。因介質流動受到窄縫產生的阻礙作用影響，逐漸生成惰性的氧化物層，窄縫內部溶液由于處于供氧不足狀態，與間隙外部溶液之間逐步形成濃差電池，縫隙部分便會有縫隙腐蝕產生；六是電池腐蝕。因兩種金屬處在電介質性溶液中存在電位差，致使在電池作用下，發生電池腐蝕現象。為了避免電池腐蝕現象發生，需盡量防止選定存在電位差的兩種金屬組合結構；七是汽蝕和沖蝕。汽蝕和沖蝕是因為機械因素所致，在高速運動環境下，金屬材料因汽蝕產生，致使腐蝕現象發生[1]。

3 故障成因

3.1 摩擦過熱

密封裝置產生過熱現象，極易引發更多故障問題，處于正常使用狀態，機械所產生熱應力過于強烈，密封環所在表面位置便會有徑向的斷裂現象產生，即為熱裂。產生這種熱烈現象后，嚴重影響著密封機械物理特性，致使密封性嚴重受損。高溫環境、介質較低的潤滑性、短時間較高負荷、所搭配材料如果不能與基本條件各層面因素相吻合，均會導致密封裝置的關鍵部件有較多摩擦熱量產生，密封環整個表面極易有熱裂紋產生，以至于密封失效[2]。

3.2 機械磨損

密封機械若失去潤滑會處于較長時間的干磨狀態，這是破壞密封環正常組合關系的核心因素。機械密封動靜環端面若有明顯摩擦受損，轉動軸則每運行到一圈后，其密封元件便會與原運行規律軌道相偏離，影響到化工設備、裝置的總體密封性。

3.3 缺乏完善輔助性沖洗系統

機械密封的輔助沖洗系統屬于密封裝置實現清洗處理重要的輔助性系統，沖洗系統在機械密封的實際運行期間能否發揮作用較為關鍵。但多數化工企業并未有效發揮其輔助沖洗功能，故無法通過此系統將機械密封總體效果提升，對機械總體密封性影響相對較大，沖洗液內若有雜質或是沖洗液壓力不足，密封裝置便極易發生故障。故機械密封輔助沖洗系統若失效，要求技術員務必及時發現問題、迅速檢查出來，好輔助沖洗整個系統，以免破壞整個密封系統。

3.4 零件失效

機械密封零件失效，屬于機械密封較為常見故障，發生此類故障多數因輔助性密封圈發生失靈所致。密封圈若存在老化嚴重、擠出或者扭曲損傷、永久變形等相關問題或現象，則密封圈自身密封性便會失效。故具體選定O型圈時，要求技術員務必著重分析合成橡膠具體使用溫度、介質條件等，選定較大截面積、較高硬度、耐受能力強的一類橡膠材質。

4 故障問題有效應對對策

4.1 合理設計優化系統裝置

化工機械的密封裝置若想具備優良密封特性，便務必嚴格根據化工企業實際生產情況以及需求予以合理優化設計，盡量選定有著良好密封特性且較長使用壽命的摩擦副材料以及O型圈，結合高低溫以及腐蝕情況，合理選定所需求材料。機械運行期間，技術員應注重實踐經驗的累積，積極歸納總結實踐經驗，便于以最為可靠、有效的措施，使化工機械密封裝置長時間維持良好的運行狀態，發生相關故障時，也能及時發現并處理好故障問題。及時更換好密封圈、摩擦副中的破損件，對密封裝置的長期運行尤為重要，對極易發生故障的密封件、零部件等，務必及時查找損傷原因，且有針對性的處理好這些問題。

4.2 正確安裝以及維護機械密封

正確安裝密封裝置所在設備，將軸震動發生率把控好，能確保機械密封實際使用壽命得以延長。具體安設化工機械裝置期間，為保證實現精準化安裝操作，應精準把控好機械設備的形狀位置尺寸、裝配公差以及軸表面最適宜的粗糙度、圓柱度等，嚴格檢查所有密封性的元器件的完好性以及品質，重點檢查動靜環密封端面；裝配化工設備密封裝置期間，機械密封應確保做好各部件的徹底清潔處理，以免密封端面受損現象產生，軸和軸套表面、壓蓋、密封圈相應配合面等所有部位，均需將潤滑油均勻涂抹好，避免干摩擦現象產生；依照順序實施規范化安裝操作，后期應注重科學維護及管理，若泄漏現象驟增，務必及時予以停工檢查和有效處理。

4.3 注重規范化沖洗操作

沖洗介質實際情況與標準規范不吻合，也會致使化工機械設備有密封失效問題產生，故沖洗機械裝置前，務必及時檢查并調整好沖洗介質，保證沖洗介質實際雜質含量、潔凈程度、溫度、壓力、流量等均與具體標準要求相吻合，定期清洗處理好沖洗液清洗過濾系統裝置，避免沖洗液內有雜質存在，以至于影響到沖洗處理質量，避免沖洗所致密封受損相關故障問題產生。

4.4 注重密封泄漏問題的分析處理

4.4.1 密封端面泄漏

密封端面泄漏集中表現為初期泄漏、密封表面粗糙、彈簧適應性較差等。一是針對初期泄漏。動靜環發生變形現象，安裝或者使用保管不當，零件剛性以及結構不佳，跑合不足，密封面混入雜質，動靜環處表面傷痕或者動靜環所在密封面處粗糙度以及平直度不達標等均會致使密封端面位置發生初期泄漏現象，對此，可對使用保管以及搬運方法予以改善，對安裝受力具體情況予以細致檢查；使用保管期間，注意對制造品質的細致檢查；對動靜環予以及時更換處理，重新實施加工研磨操作；密封表面徹底清洗凈，若有需求便需予以研磨處理，且需依照著要求予以充足跑合等；二是密封表面過于粗糙。該層面問題產生的原因大部分是因潤滑不夠或者表面燒蝕嚴重，同材質組合或者混入雜質等所致。對此，應確保潤滑油充足供給，且把控好潤滑油品質；密封件需定期拆下徹底清洗凈，及時更換缺損燒蝕材料等；三是彈簧適應性較差。彈簧腐蝕或者缺乏充足彈力、折斷或者變細，存在潛在的設計層面問題，密封端面接觸不良，軸密封圈呈較大阻力，密封圈所殘留物質被擠出到密封面部位，垢物致使軸的密封圈無法移動或者殘余變形等，這些均會致使適應性較差問題出現，以至于密封圈端面發生泄漏，引發密封故障相關問題。對此，務必及時更換處理彈簧，高度重視有效把控彈簧材料以及設計層面問題；合理調整平衡值，確保密封面呈閉合狀態，改變軸密封材質以及結構、過盈量等，將摩擦阻力有效控制到最適宜范圍，避免因表面附著垢物致使密封圈極易產生的滑動現象。

4.4.2 結構受損導致泄漏

一是動靜環受損層面。動靜環在尺寸上若與外殼、軸尺寸不吻合，硬性安裝、內部有缺陷問題存在等，均會致使動靜環受損。對此，需嚴格依照著所要求的尺寸，實施動靜環的制作及應用；拆卸完成，務必嚴格依照著尺寸要求，予以重新安裝。細致檢查動靜環內外部質量；二是零部件受損層面。因疲勞或者腐蝕所致折斷問題往往會致使零部件受損，對此，需對零部件予以細致檢查，對彈簧相關零部件予以及時更換處理，謹防此類問題發生。

4.5 實時化監控以及診斷機械裝置的運行

日常工作當中，要求技術員密切觀測以及檢測機械裝置密封性。可借助計算機相關系統設備，監測化工機械裝置所規定重要部位以及特殊部位密封特性情況。伴隨現代科技水平持續提升，人機結合化監測模式得以廣泛運用，故化工領域當中也可注重對監測系統軟件層面研發運用以及此方面專業人才的培養，便于有效診斷以及處理化工機械相關密封故障各種問題，為化工機械裝置總體密封性的增強提供可靠性保障。

5 結語

綜上所述，化工機械發生密封故障的原因集中表現為摩擦過熱、機械磨損、缺乏完善輔助性沖洗系統、零件失效、人為誤操作等各個因素層面。為更好地應對及處理該部分故障問題，需合理設計優化系統裝置，正確安裝以及維護機械裝置，注重規范化沖洗操作，注重密封泄漏層面故障問題的針對性分析，以及處理、實時化監控以及診斷機械裝置運行，以確保化工機械具備優良密封性，謹防密封故障相關問題發生。