化工装备密封技术讲义

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美国航天飞机“挑战者”号失事！
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• ③．环境保护
• 实现健康、安全、环保（HSE: health, safety and environment）现代化生产。
• ④．能源和物质节约,提高经济效益
• 可见，应重视机器设备的密封技术，加强科学管理，以 提高设备的可靠性．稳定性及效率，能耗和原材料，加 强环境保护，促进新设备的开发。
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热量交换 力、热变形
冷却气体的流动
产生流体动压 并带走热量
图 气膜密封的系统性分析
旋转及轴 向窜动
H • 针对特定的工艺条件，选择合理的密封材料——物理、化学、材 料学等； • 密封元件特别是动静环在力、温度的作用下的强度、变形及其控 制措施——固体力学等；
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• 机械产品的表面必然存在各种缺陷以及形状和尺寸偏差。 机械零件的接触处不可避免地会产生微小的间隙；当存在 压力差或浓度差时，工作介质就会通过间隙而泄漏。
• 密封：防止或限制流体从机器、设备中泄漏(外漏)或被污 染(内漏)。
• 密封件：能起密封作用的零部件。 • 密封系统或密封装置：较复杂的密封装置（如带辅助系统
滴、漏引起物质流失和能量损失，造成环境污染，生产 不能正常进行，增加非计划停产和维修，甚至危及人体 健康和生命安全。 密封装置的性能是评价机械产品品质的重要指标，也是 决定工厂安全、经济生产的重要因素。
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0.2 流体密封技术的重要作用
• ①．虽非核心技术，但有可能是决定性技术
• 例如：原子能发电站中的循环泵．高压苯乙烯中的高压压缩机．铂 重整装置的无油润滑压缩机．聚乙烯的反应釜、超高压容器、石油 钻采设备中的泥浆泵等许多机器设备中的方案就取决于密封技术。
H • ②．密封学是一门涉及多学科的边缘性工程技术学科
• 必须借助其它学科如流体力学(fluid mechanics)、固体力学(solid mechanics)、热力学(thermodynamics)、传热传质(heat and mass transfer)、转子动力学(rotor dynamics)、粘弹性理论 (viscoelasticity)、振动理论(vibration theory)、摩擦学 (tribology)、物理与化学（physics & chemistry)、测量与控制 (monitoring & control)等理论以及优化设计 (optimization design)、可靠性分析(reliability analysis)、故障诊断(fault diagnosis)、现代数值计算方法(numerical calculation methods)、工程分析软件(engineering analysis software) 、机 械CAD设计软件(mechanical CAD)等去分析研究密封的问题。
堵塞器处 密封
采油树主体部分密封
油管挂台肩 处密封
油管挂出油孔 处上下密封
法兰密封
输送流体管口 与连接器密封
高压井口处 密封
H • ②．决定机器设备的安全性和可靠性
• 石油化工企业中，工业介质大多易燃．易爆．剧毒和腐蚀性，密封 失效而外漏，将造成环境污染，人体健康及产品质量受影响。
★ 1984年12月3日：印度博帕尔市UCC所属一家化工厂因用水清洗管 道，未关通向异氰甲酸脂储罐阀门，水进入罐内与之反应，温度压 力急剧升高导致40TMIC毒气泄漏，造成2500人死亡，12万人中 毒，其中5万人失明。
欢迎大家！！！
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课程目标
本课程作为“过程装备与控制工程”专业选修专业课 之一，其目的在于使高年级学生了解相关专业领域内 常用的流体密封技术（包括流体静密封、流体动密封 等）及其最新进展。通过本课程的学习和有关密封实 验，使学生能够掌握流体密封技术的基本理论和基本 知识，培养理论联系实际，提高分析与解决工程实际 问题的能力，进而得以开拓视野、提高科学研究及工 程开发能力。
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按事故发生的行业分类
（日本1965——1975年624起事故调查）
其它 33.3%
化工装置 34.3%
（210件）
冶金
11.5% 电力 机械 3.2% 5.0%
炼油 12.7%
H 210起化工装置泄漏引发事故分类 （表现为泄漏形式的事故115件，占55%）
H 泵失效分布 （J ohn Cr a ne Fl e xi box Se a l s ）
17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。上 午4时19 分43秒 上午4 时19分0 4:19:43 21.6.14
June 2021
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3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021
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15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021 年6月上 午4时1 9分21. 6.1404:19June 14, 2021
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16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021 年6月14 日星期 一4时1 9分43 秒04:19:4314
其他
25%
密封
52%
联轴器
7%
轴承
16%
！ 密封在日常机泵釜等维修工作量中占50%。统计表明化工企业的非计
划停车与密封故障有关。离心泵的维修费约70%是因密封故障。
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• 1986.1.28，美国航天飞机“挑战者”号升空1分钟因 右侧火箭助推器机械接头处O形密封圈失效失事，机 上七名宇航员无一生还!
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5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, May 26, 2021May 21Wednesday, May 26, 20215/26/2021
• 如：“神舟六号”宇宙飞船检漏间是飞船技术的飞跃。“神舟六号 ”9002飞船检漏间的作用是为卫星、飞船各舱等进行密封性检查 ，目前全世界在这个领域还处在探索阶段。神舟载人飞船总设计师 王永志评定：“这个飞船检漏间使我国载人飞船技术迈进了一大步 ，为载人飞船成功发射作出了很大的贡献”。
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主要密封点
及其波动） ➢ 介质腐蚀
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9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。21 .6.1421 .6.14M onday , June 14, 2021
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10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。04:19:4304 :19:430 4:196/1 4/2021 4:19:43 AM
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11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21. 6.1404:19:4304 :19Jun- 2114-J un-21
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12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。04:19:4304:1 9:4304:19Mon day , June 14, 2021
H 0.3 流体密封学的性质
• ①．密封学定义 • 流体密封作为一门新兴的工程技术学科，其相关体系还
在不断的完善之中。 • 密封学（最早是前苏联学者Кондаков 于1972年在其专
著中提出的——“Герметизация”）主要研究密封机 理、密封技术及其应用，与工业技术和科学的发展分不 开的（以机械端面密封为例）。
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4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行
5.26.20215.26.202108:3008:3008:30:5708:30:57
•• 2日H、星O1期、ur三Gdeesntiiunsy oonffleyrsmneoatnosnlhyatrhde-wcuoprkoifndgeaspllaoirn, eb'ustltifhee. c(Mhaelincdeeolfeyoeprp,oRrtuusnsiitayn. (CRhicehmarisdt)Ni天xo才n,只Am意e味ric着an终P身res不ide懈nt的)命努运力给。予21我.5们.26的5.不26是.20失21望0之8:3酒00，8:而30是:57机M会ay之-2杯10。8:二30〇二一年五月二十六日2021年5月26 •
• “挑战者”号失事的技术原因: • 右部火箭发动机上的两个零件联接处出现了问题，具
体的讲就是旨在防止喷气燃料的热气从联接处泄漏的 密封圈遭到了破坏。 • 在航天飞机设计准则明确规定了推进器运作的温度范 围，即40°F——90°F，而在实际运行时，整个航天飞 机系统周围温度却是处于31°F—99°F的范围。
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。21.6.1421.6.1 404:19:4304:19 :43Jun e 14, 2021
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14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。202 1年6月 14日星 期一上 午4时1 9分43 秒04:19:4321.6. 14
★ 1986年4月26日子夜：前苏联切尔诺贝利核电站4号反应堆发生核 泄漏，死31人，伤300人， 20个国家四亿人遭核辐射污染。
★ 1998年3月5日16:38西安市煤气公司液化气站储罐区发生液化气泄 漏燃爆。两座400m3球罐爆裂，3台100m3燃烧。3月6日6:00得 到控制，13人亡，30多人伤，损失477万元。 原因：排污阀石棉橡胶垫片受液化气中水热冷作用失效泄漏。
等）。 • 密封件或密封装置是工业设备中最广泛使用的零部件。
H 密封表面的几何形状特征
刀痕 （主要纹理方向）
度 高 度 糙 粗
度 波
缺 陷
度 高 度 波
形状偏差
峰距 波距
粗糙度
H 配合面之间的密封间隙
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• 泄漏的危害
泄漏是密封装置的主要失效形式。 危害：机器设备若不能保证密封，因工作介质跑、冒、
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化工装备密封技术
(Sealing Technology for Chemical
Engineering Equipment )
实现以人为本— 健康 安全 环保 经济
—现代化生产新理念
主讲人: 郝木明，孙鑫晖
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自我介绍
欢迎大家！！！
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自我介绍
姓 名：孙鑫晖 单 位：化学工程学院化工装备与控制工程系 办 公 室：工科D楼511 电 话：15376713768 邮 箱：sunxinhui@
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0. 前 言
0.1 泄漏及其危害
• 0.1.1 泄漏与密封
• 泄漏是自然界常见的现象：日常生活中如自来水、煤气的泄漏常 常给人们带来不便甚至危害；工业中如压力容器、管道、反应器 、阀门、液压设备、运输工具一旦发生泄漏，轻则造成能源和原 材料的大量浪费、设备不能正常工作，重则导致设备报废、整个 工厂或系统陷于瘫痪、人员伤亡和严重的环境污染。
• 这起持续时间长达百日的漏油事件，造成的损失可能创 下了有史以来类似灾难的最高纪录：致使11名钻井平台 工作人员死亡，近500万桶原油泄漏，引发了美国历史 上最严重的漏油事件，为应对漏油事故英国石油公司的 支出已升至80亿美元。
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泄漏的主要原因
❖设计 ❖制造 ❖安装或维修 ❖工艺操作
➢ 振动、冲刷、汽蚀等机械破坏 ➢ 环境变化（温度、压力、转速
• 在生产实践中千方百计地设法防止和消除泄漏。 • 泄漏：是指介质，如气体、液体、固体或它们的混合物，从一个
空间进入另一个空间的不希望发生的现象。 单位时间内泄漏的介质量称为“泄漏率”。
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0. 前 言
0.1 泄漏及其危害
• 2010年4月20日，美国墨西哥湾英国石油公司租赁的“ 深水地平线”石油钻井平台因爆炸起火而致原油泄漏。