戴冠雪
摘 要：机械密封是化工机泵中主要密封组件，除了要求有高密封性能外，还要求能长周期运行。通过对机械密封磨损原因的分析，提出合适的安装、选材、清洗方案要求，延长机械密封的使用寿命，增加机泵运行周期。设备原因主要是不正确的密封装配与安装，如密封零部件安装不正确、未对中或对中不符要求、管应力、设备的震动、密封腔衬套的磨损等。操作原因主要是没有按照操作规程去操作，如开车前没有排尽气、密封冲洗液流失、气穴现象、低的汽蚀余量、干运转、密封腔内冲洗液不干净、液体污染、泵控制或流量控制的误操作。
关键词：机械密封 磨损 机械损坏 过热 化学
中图分类号：TH136 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（a）-0090-02
机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。作为密封组件，常用于化工生产中，密封磨损分析的目的不仅是针对一个特定的磨损分析其原因，而且通过磨损密封的症状找出引起密封磨损的原因，进而找出解决方案，提高机械密封的可靠性和性能。
1 机械密封寿命缩短的一般原因及常见磨损类型
1.1 密封寿命缩短的一般原因
密封寿命缩短原因可分为设备原因及操作原因。设备原因主要是不正确的密封装配与安装，如密封零部件安装不正确、未对中或对中不符要求、管应力、设备的震动、密封腔衬套的磨损等。操作原因主要是没有按照操作规程去操作，如开车前没有排尽气、密封冲洗液流失、气穴现象、低的汽蚀余量、干运转、密封腔内冲洗液不干净、液体污染、泵控制或流量控制的误操作。其他原因如密封选型设计不正确、材料不正确及密封刚好完成寿命周期等。
1.2 密封泄漏的三个渠道
（1）摩擦副端面。
（2）形圈。从O型圈处的泄漏可能发生在动环、轴套、静环、端盖。
（3）密封接触面的损坏或侵蚀。密封接触面的损坏或侵蚀可分为密封腔端面或法兰的侵蚀、轴套处的磨损或结疤、动环的破损。
1.3 密封失效的常见类型
密封磨损的常见类型有8种，可分为机械损坏、过热损坏、化学损坏等。其中机械损坏包括磨损、振动；过热损坏包括汽化、干运转、O型圈过热、结焦；化学损坏包括化学侵蚀及腐蚀。其他磨损类型包括O型圈挤出、石墨环损坏、密封面变形、粘结、腐蚀等。
2 机械损坏的类型及预防措施
机械损坏包括固体颗粒磨损和振动两种。
2.1 固体颗粒磨损
当工艺介质内存在固体颗粒时，大的固体颗粒会停留在密封面的高压区上，小的颗粒会穿过液膜密封面，在动静环密封面上就会形成非均匀的磨损，通常会形成重度的周向圈状沟槽或径向横穿面的沟槽。
这种情况出现主要因为清洗液的不洁净，可更改冲洗方案，如改为API 682规定中的带旋液分离器（利用离心力来达到分离目的）的PLAN31（适用于固体颗粒质量分数小于1.5%，颗粒密度高于介质密度2倍的工况从泵出口引出，经旋液分离器，清洁液自上部流出，进入密封腔。含有颗粒的液体从下部流出，返回泵进口）方案，该方案适用于工艺介质中含有砂粒或其他固体杂质。从外部引进清洁介质对密封进行冲洗，能冲洗掉密封腔内固体颗粒，适用于不洁净液体、高温液体。该方案需定期检查密封水的温度、压力，防止阀门关闭或堵塞导致冷却效果差，机封损坏。或者采用加入外来干净冲洗液的PLAN32（外供冲洗液注入密封腔，冲洗密封，适用于含有固体颗粒或污染物的场合。选择冲洗液时应考虑冲洗液不能污染介质，冲洗液消耗量较大）方案。在实际生产中，若上述两种方案均不易实现，可将动静环的石墨材料改为碳化钨或碳化硅来增加密封寿命[1]。
2.2 振动
如果磨损机械密封的副密封O型圈下轴套或轴表面有高度抛光的沟槽或O型圈有被挤出的特征，则为振动导致的磨损。振动导致磨损的直接原因有轴的运转间隙过小、传动销不合适、补偿环或弹簧故障等，间接原因有泵的汽蚀、机械缺陷、管道应力、附近运转设备的振动传递。
发生振动时应作如下预防措施。
（1）检查泵的操作程序和工况，检查泵的选型和安装，必要时按规定操作程序重新启动机泵。
（2）检查泵腔叶轮侧间隙，必要时更换相应零部件。
（3）提供合理的管道支撑，必要时重新配管。
（4）检查泵的工作状态时对中情况。
（5）必要时核算该机泵或附近运转设备的基础荷载。
3 过热损坏的类型及预防措施
3.1 汽化
发生汽化磨损的机械密封动静环均有变色、径向裂纹、蚀斑、外径侧小缺口的现象，并且运行过程中会有砰砰乓乓的声音。这种现象发生的原因是当密封面局部过热的时候引起了密封液膜消失，密封液高温汽化，气体体积瞬间变大挤出。
引起局部过热的原因主要有以下几点。
（1）泵的旋转部件与静止部件之间发生碰撞。
（2）密封冲洗管线的堵塞，或密封冲洗液流量不足。
（3）操作压力接近介质的饱和蒸汽压力。
预防措施可为：增加密封腔压力、降低密封腔的温度，可以用水降低温度。
3.2 干运转
发生干运转磨损的机械密封动静环面会有变色、深而亮的划痕、径向热裂纹、严重磨损和划出的沟槽的现象，并且运行过程中密封处会有尖叫声。这种现象发生是因为润滑不足，导致润滑不足的原因有泵入口压力降低或抽空、过滤器堵塞、未按正确操作规程排气。对应预防措施为保持介质足够的吸入量、按规程操作等。
3.3 型圈过热
磨损的机械密封组件的O型圈如有硬化热裂纹，PTFE接触区域如变蓝色则说明是O型圈过热导致的磨损，直接原因是O型圈选型不能满足温度要求。
预防措施如下。
（1）选择好的替代材料。
（2）降低与密封接触的介质的温度。
（3）检查冲洗管路是否堵住。
（4）检查冷却器是否堵塞。
（5）检查是否是干运转或汽化导致密封面局部过热。
3.4 结焦
失效的机械密封组件可能会出现结焦物堵卡现象。如大气侧泄漏物凝固，结焦物聚积导致补偿环或弹簧卡死，将密封动环挂起，进而导致大量泄漏。
预防结焦可以根据所输送介质性质引入一个低压干蒸汽急冷或在密封面的大气侧用热凝结水背冷。
4 化学损坏的类型及预防措施
4.1 化学侵蚀
密封圈材料的化学侵蚀具体现象为表面破裂、溶胀、表面缺肉。密封圈材料的化学反应腐蚀都是因为采用选择了不正确的密封圈材料，可参考JB/T 7757.2及供应商的材料选型手册，选择合适的密封圈材料。
4.2 腐蚀
腐蚀主要指金属零件变质。主要原因是原始选型时所选材料不正确，此时需选择合适的耐腐蚀材料代替。
5 结语
选用适合的机械密封，提高安装质量，消除振动原因，加强操作管理，确保工艺指标稳定，选取合适的零部件材料都会减少机械密封磨损发生概率，增加机械密封運行的稳定性、长周期性。
参考文献
[1]王云祥.机械密封失效分析和延长使用寿命的研究[D].北京化工大学，2015.
[2]张宝忠，肖敏.内置式机械密封变形分析与计算[J].机械设计与制造，2003（1）：62-63.
