特殊工况下的机械密封维护方案

特殊工况下的机械密封维护方案

炼油厂化工装置中，机动设备的机械密封约占整个动密封数量的80%-85%。而在机泵故障中，机械密封的故障大约占整个维修工作量的一半。可见机械密封在机泵维修中所占的位置。由于机泵所输送的介质千差万别，工艺条件各不相同，所以了解这些情况对机封的选择及维护很重要。结合多年来在机封选择和维修中的经验，介绍几种特殊工况下机械密封的工作特点和注意事项。

一、高温下的机械密封

一般情况下，介质的温度超过120℃即认为是高温密封。此时机械密封存在的主要问题有：(1)由于摩擦副端面温度升高，导致密封端面间液膜气化，摩擦系数随之增大，磨损加剧，温升加大，密封环产生热变形或热裂而失效；(2)机械密封中的辅助密封圈材料一般为橡胶或聚四氟乙烯，由于长时间在高温环境中，容易老化和分解，造成密封失效；(3)高温下机械密封的弹性元件易产生疲劳和蠕变，使密封失效；(4)高温会加剧金属材料的腐蚀，缩短机封的使用寿命。

为保证机械密封在高温环境下正常工作，可以采取如下措施。

1．给机封增加冷却冲洗装置。

2．选择耐高温的材料，根据不同的工作温度选用不同的材料。丁腈橡胶温度上限为80℃，硅橡胶和氟橡胶为200℃，聚四氟乙烯为250℃。另外，机械密封中的非金属摩擦副多采用石墨浸渍材料制成，所以也要根据不同的工作温度选用不同种类的浸渍石墨。一般浸巴氏

合金石墨适用温度范围小于150℃，浸树脂石墨适用温度范围为170~200℃，浸铜、铝、铅的石墨可在小于400℃的工作条件下使用。动环组件应尽可能选用膨胀系数相近的材料，以防止高温下动环和动环座的连接松动。

3．选择金属波纹管机械密封。金属波纹管密封近年来在高温密封中使用很多，并且取得了很好的效果。在该种机封中，金属波纹管取代了普通机封中的弹簧，省去了动环辅助密封圈，不需要克服动环补偿时与转轴的摩擦和磨损，因此在高温下使用，一般都能取得不错的效果。

二、低温下的机械密封

在炼油化工装置中，低温输送的介质一般都具有豁度小、润滑性差、容易气化的特点，而且介质在气化时大量吸热，使周围温度急剧下降，造成空气中水气的凝结，导致端面及其周围结冰，使端面贴合不严引起泄漏。同时，因润滑性差，端面摩擦产生的热量较多，若不能及时转移，必然会加剧端面处的气化，造成恶性循环，加速密封面的早期失效。另外，低温密封的辅助密封圈在低温下发硬失弹也容易导致泄漏。

对低温密封，除了选择合适的辅助密封圈材质外，还要注意以下几点。

1．改进密封结构及正确选择摩擦副材料。实践证明，在静环表面开圆弧形凹槽可形成流体动力密封，增加流体膜承载能力，改善端面润滑条件，有效延长机封工作寿命。在端面配对方面，碳化钨一

M106K石墨组对（即动、静环材料）一般要优于其他材料，因为其润滑性好，摩擦系数低，导热性也比较好。

2．选择合适的端面比压。低温密封由于端面润滑性差，容易发生气化、结冰，所以在保证密封可靠的前提下，端面比压可适当减小。一般机械密封比压值推荐为0.29-0.59MPa，对低温密封可取其下限。对金属波纹管机械密封，由于动环没有轴向摩擦，端面比压甚至可以低于下限。

3．工艺上采取相应措施。如尽量减少介质的含水量；保持密封腔压力的相对稳定；尽可能配备冲洗冷却装置；在设备启动前，对机封部位进行适当预热等。

三、高速下的机械密封

当转速超过3000r/min或者摩擦副的线速度超过25m/s时，一般可视为高速密封。在高速条件下，摩擦端面由于线速度很大，摩擦产生的热量也多，此时端面液膜不容易形成，磨损加剧。高速还容易引起旋转环的振动，并受到较大的离心力作用，不利于端面间液膜的形成和维持。所以在高速情况下，为了减小离心力和振动的影响，应尽量减少转动部件，采用弹簧静止式结构。也可以加强对摩擦副端面的冷却和润滑。另外还可选用[PV]值高的摩擦副材料，减小端面的接触宽度，或者采用受控膜机械密封。近年来，一种名为差动环式的机械密封也在高速设备中得到应用。由于在原先的动静环中间加入了一个差动环，可以将摩擦副线速度降低一半，取得了不错的效果。

四、高压下的机械密封

机械密封工作压力超过4-5MPa即属于高压密封范围。在高压条件下，由于密封端面比压值过大，引起端面发热，从而破坏液膜的形成，造成异常磨损。高压还可能使摩擦副产生变形和破裂。高压密封一般均采用平衡型结构，以使端面比压处于一个合适的范围。但考虑到密封的可靠性，平衡系数不可能无限制增大，因而有些情况尽管已经采用了平衡型结构，但端面比压仍可能较大。单靠平衡型结构很难满足使用要求，这种情况可采用多端面机封或者受控膜机械密封。

五、腐蚀环境下的机械密封

有些机械密封处于腐蚀环境中，这时不仅要注意机封中每个零件本身的耐腐蚀性，还要防止它们组合在一起时可能产生的电耦现象。腐蚀环境中的机械密封，在选用时要注意采用耐腐蚀的材料。此外，可以采用外装式机械密封。对腐蚀性特强容易引起安全事故的，可以采用双端面密封，引入隔离液加以保护。

六、颗粒介质下的机械密封

有些机封可能在含固体颗粒的介质中工作，当固体颗粒进入摩擦端面时，容易产生剧烈磨损，导致密封端面很快失效。另外固体颗粒可能会使动环密封圈无法沿轴向移动，从而使动环无法浮动，失去补偿性，导致机封失效。对此比较有效的做法是加入一个外冲洗装置。由于引入密封腔的冲洗液压力高于密封腔介质压力，因此可以有效阻止颗粒介质进入密封腔。此外可以采用双端面机械密封，在密封腔中间加入封液。还可以采用外装式机械密封。

目前，机械密封在炼油化工装置的机动设备中已经成为一种最普

遍的密封形式，而且，随着其设计制造水平的不断提高以及新材料的不断开发，其应用范围将进一步扩大。