炼化行业泵用机械密封的选择

李明臣

（中石油云南石化公司检维修部，云南 安宁 650399）

一、机械密封的应用特点

机械密封的原理是靠微小轴向间隙起密封作用的装置，通常微小间隙由一对相对运动的环端面相互贴合形成。机械密封主要组成部分由压紧元件、密封元件、动环和静环组成。动环的密封室内充满液体，通过这些液体对动环端面施压，使动环端面和静环端面紧密贴合，在动环和静环端面上产生适当比压，同时在两个端面上保持一层液体薄膜，实现密封效果。密封元件不仅对泵的振动、冲击起到缓冲作用，同时也对动环与轴的间隙、静环与压盖的间隙起到密封作用。

机械密封要达到理想效果不能仅靠机械密封部件，还需同泵的其他部件紧密结合。在机械密封的实际运行中往往会因机械磨损、热损伤、腐蚀、密封零件失效等因素导致机械密封失效。在泵类产品中，机械密封的应用较为广泛，随着节能要求的提高以及科学技术水平的提升，机械密封在未来的应用前景将更加广阔。

二、机械密封应用中的主要问题

石油炼化行业中的介质多是易燃、易爆、易挥发、剧毒等物质，其机械密封的效果对整个机械设备的安全正常运行具有重要作用。

在机械密封失效中，机械密封泄漏是最主要的表现形式。要选用正确合理的机械密封，避免因发生机械失效而导致安全事故，就要综合考虑机械密封泄漏的原因。在对机械密封泄漏原因进行分析时，要根据实践经验、现场观察并借助仪器测量，弄清楚密封元件与密封性能之间的内在联系，全方位检查密封环、传动件、加载弹性元件、辅助密封圈、防转机构、紧固螺钉、底座、轴套、密封腔体以及密封系统等部位，综合分析，找出机械密封泄漏原因，以此为依据，选择正确的机械密封。

1.机械磨损

机械密封泄漏中较为常见的就是机械磨损，机械磨损导致密封副端面产生分离，造成密封泄漏。机械磨损还会破坏密封副的正常配合关系，使传动轴转动时引起密封元件发生轴向位移和摆动，导致机械密封泄漏。这种机械密封泄漏可根据机械密封副磨损痕迹的具体情况进行准确判断。如果密封磨损痕迹均匀而产生泄漏，说明机械密封泄漏的出现是由其他部位引起的。此时需要检测其他部位而非密封本身。如果密封副没有磨损痕迹而出现泄漏，说明可能是动环相对于静环不旋转或者出现打滑，可以对防转销或底座进行检测，确定是否是防转销脱落了或者底座的孔径与密封件的外径不相匹配所致。如果机械密封副磨损痕迹很深，则有可能是传动轴转动时密封副出现分离，有大颗粒物质嵌入软质碳端面，此时可用硬质材料作为密封副材料。

2.由热损伤引起的密封泄漏

机械产生过大的热量往往造成机械密封副变形、热裂或疱疤，引起泄漏。

热裂主要是机械密封在干摩擦或冷却系统发生中断等情况下，造成机械密封在短时间内承受超负荷热量而出现密封环表面径向裂纹。由于热裂往往引起密封环磨损加剧，造成大量的泄漏，所以在设计机械密封时要充分考虑机械材料的物理性质，并要根据机械材质设定特定的运转条件。疱疤主要是由于碳石墨、陶瓷等材料过热造成。碳石墨、陶瓷等材料在强大的热力作用下，各自膨胀系数有所不同，导致粘结剂被挤出，出现密封泄漏。由于介质的润滑性、操作温度、线速度、配对材料组合等因素的影响都会使机械密封产生大量热能，所以为了使机械密封摩擦热能及时散发，改变端面面积比、减少载荷、静止型密封并加导流套都能较好地改善密封的散热条件，保证机械密封的正常运行。

3.由腐蚀引起的密封泄漏

机械密封的腐蚀是引起机械密封泄漏最主要原因之一，一般有化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀主要是由于机械密封长时间与腐蚀性介质接触引起的。这种腐蚀对机械密封影响较大，甚至会导致机械密封金属晶界的破坏或断裂。电化学腐蚀主要是密封环两种金属在电介质溶液中产生电位差，导致机械密封产生电池腐蚀。不管是化学腐蚀还是电化学腐蚀对机械密封都有很大的影响，所以在机械密封材料选取上要考虑密封元件的精密性，选择比主机更耐腐蚀的材料。机械密封腐蚀速度的快慢与压力、温度和滑动速度都有密切的关系。当密封元件所承受的压力增大、温度升高、滑动速度加快时，密封元件的腐蚀速度也会加快。针对这些因素，采取双端面密封可以减少密封元件的零件与腐蚀性介质的接触，从而减轻腐蚀性介质对密封元件的腐蚀。密封环材料的选取可以采用奥氏体不锈钢，并在1 050℃下进行热处理，防止晶间腐蚀。

4.由密封零件失效引起的密封泄漏

机械的辅助密封圈对机械密封有着至关重要的作用，辅助密封圈一般选用合成橡胶O形圈。合成橡胶O形圈一旦出现老化、永久性变形、扭曲及挤出损伤等情况时，会使机械密封出现泄漏。因此合成橡胶O形圈的材质选取要充分考虑其安全使用温度，增加合成橡胶O形圈的截面，用橡胶包覆聚四氟乙烯等复合材料作为密封圈的材料，提高材料的硬度。在密封圈安装时，要在密封槽内涂上润滑脂。除了密封圈外，弹簧、传动销等零部件如发生变形、断裂、腐蚀等也会导致密封泄漏。在机械密封运行时，也要考虑弹簧、传动销等零部件的状态，确保弹簧、传动销等零部件没有磨损或者变形，使机械密封正常运行。造成的金属波纹管变形。其次，机械密封摩擦副材料要选取碳化钨对碳化钨或者碳化钨对碳化硅这种“硬对硬”结构。在使用这种“硬对硬”结构时，一方面要保证冷却系统的冷却水不中断，以避免润滑膜瞬间蒸发、密封端口摩擦加剧；另一方面，在密封机械安装时，在密封端面涂以润滑油，以防止出现干摩擦现象。最后，在密封结构形式选取上，要采用开槽斜面挤紧轴套。这种开槽斜面挤紧轴套定位传动可靠性更高，而且拆装方面，对传动轴无损。在辅助密封圈的选取上不再使用合成橡胶，而采用柔性石墨，可提高辅助密封圈的承受温度，防止其变形失效。

四、液态烃泵用机械密封的选用

与高温热油泵的介质不同，液态烃泵介质作为一种低温液化气体，具有沸点低、黏度低、蒸汽压高的特点。这种特性使得密封材料呈现冷脆性，容易导致大气中的水汽在密封装置的大气侧面上冻结、摩擦副端面液膜气化等。如果介质发生泄漏，泄漏的介质会在大气侧瞬间气化，导致机械密封呈现冷脆性，引起机械密封失效。为此在选取密封结构时，应选用波纹管机械密封。波纹管机械密封的材料选取，首先应根据液态烃介质的特性，选取低温、塑性及韧性好的材料，如哈-C、AM350、Carpenter20等；其次，如果是连续运转的设备，摩擦副材料一般选用“硬对硬”结构，从而提高连续运转的寿命。如果是间歇性的运转设备，则要选用碳化钨或碳化硅对特种石墨的结构。再次，针对摩擦副端面容易出现气化现象，在摩擦副端面的材料选取上，要注意端面比压，在辅助措施上，可以用自冲洗及密封无折流板急冷。

五、结语

应了解机械密封的特性，找到造成机械密封失效的原因，针对不同的介质选取正确的泵用机械密封，延长机械密封使用寿命，保证炼化设备平稳运行。

三、高温热油泵机械密封的选用

高温热油泵的介质主要存在温度高、黏度大、有杂质等特点。其介质温度一般在340～400℃之间，其运动黏度可以达到(12～180)×10-6m/s，其杂质颗粒主要有催化剂、焦炭、砂粒等。所以要针对其特点对高温热油泵的机械密封进行有效选择。首先，高温热油泵机械密封的结构要采用带有金属波纹管旋转结构，这种结构可以在旋转离心力的作用下自行清洗金属波纹管，防止外围沉积和内侧结焦

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