石油化工生产常用机械密封形式及失效原因分析

刘永科

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东 湛江 524057）

机械密封是流体旋转机械轴封的装置，由于传动轴要贯穿于整个设备内外，轴和设备间存在圆周间隙，设备中介质就会通过此间隙来向外泄漏，如果设备的内压力小于大气压那么空气就会向设备内泄漏，因此必须要有能够阻止泄漏轴封的装置。对于连续运行石油的化工生产，由于处理介质特殊性，如：易燃易爆、有毒有害、酸碱腐蚀等，一旦密封失效那么将导致原料的浪费、以及环境污染。严重的甚至会造成火灾的爆炸以及人身伤害和其它恶性的事故，因此正是因机械密封可靠性较高、适应性强以及使用寿命比较长等优点，使得其在石油的化工生产中广泛应用。

1 石油化工生产中常用机械密封的形式

机械密封结构简图，见图1。在石油化工的生产中比较常见机械的密封形式包括两种类型，即接触式的轴向端面的机械密封与非接触式的可控间隙密封。

在图 1中，1表示弹簧座，2表示的是紧定螺钉，3所表示的是弹簧，4表示了传动销，5表示辅助密封圈，6表示动环，7表示防转销，8表示轴套，9表示密封压盖，10表示静环，11表示补偿环座，12表示推环，13表示传动螺钉。

图1 机械密封结构简图

1.1 接触式的轴向端面的机械密封

接触式的轴向端面的机械密封包括以下的几种类型：

1.1.1 集装式密封

该种类型密封形式事先将常规密封盖和轴套及机械密封的组装成为一个完整整体，而后不做相关的调整便可直接安装在泵上。

1.1.2 内置式和外置式密封

内置式密封指的是动环和弹簧直接安装于密封箱的内部，由于它能够借助密封箱内的介质压力来进行密封，所以具有广泛应用的范围；外置式密封是指的是动环和弹簧直接安装于密封箱的外部，由于动环以及弹簧不和介质来进行直接接触，通常是用在工作压力较低、且粘度较高、以及腐蚀性较强工程的场合。

1.1.3 内流式与外流式密封

内流式密封指的是介质泄露方向与离心力方向相反的密封，因为离心力能够在一定程度上来阻止流体泄露，所以其泄漏量一定要少于外流式的密封，并且它可以在高压的场合进行使用；外流式密封指的是介质泄露方向与离心力密封方向相同。其应用压力大约是1～2 MPa之间。

1.1.4 平衡式与非平衡式密封

平衡式密封指的是密封室内介质的压力比单位密封面上轴向压紧力密封的要高，介质压力变化对于其密封端面上承受力的影响较小，因此通常用于高压的密封；非平衡式密封指的是密封室内介质压力要比单位密封面上轴向压紧力密封的低，介质压力变化对其密封端面上承受力的影响较大，因此通常用于低压的密封。

1.2 非接触式的可控间隙密封

触式可控的间隙密封包括以下类型：

1.2.1 迷宫密封

此种类型的密封主要构成的部件是由一组环状密封齿片，齿与轴间可以形成一组膨胀的空腔与节流间隙，环形齿顶间隙当有气体进过时，在粘性摩擦的作用下就会产生节流的效应，降低流速，当气体流经过膨胀空腔时候，会在焓热力学作用下继续降低气体残余的速度，进而获得良好密封的效果。

1.2.2 浮环密封

轴和内外浮环间预留着一定特定的间隙，内外浮环在弹簧压力、介质压力的综合作用之下将会和隔离环、挡环端面进行紧密的贴合，进而获得较为理想密封的效果，为了预防内外浮环的转动，设置了防转销，使他们仅能够在径向之上来进行滑移浮动。

2 石油化工生产下常用机械密封失效的原因及对策

2.1 失效原因

2.1.1 因为腐蚀效应所导致密封的失效

具体分析如下：①首先，带有腐蚀性作用的介质对于机械密封表面会产生剧烈的腐蚀作用，如果腐蚀作用的时间较长亦或腐蚀作用过于强烈就会造成密封的部件被穿透，导致密封失效。②金属波纹管、弹簧在介质腐蚀与应力双重的作用之下出现了破裂问题。③碳化钨环经常要焊接于不锈钢座之上，在使用的过程中，不锈钢座经常容易出现晶问腐蚀现象与问题。

2.1.2 因为高温效应所导致密封失效的失效

分析如下：①首先，回炼油泵、常减压塔底泵及油浆泵等的高温油泵会经常容易出现热裂问题，它也是造成密封失效重要原因。主要的原因是，密封面、抽空混入了杂质，冷却液中断和干摩擦等其它原因都能使密封面环表面上出现径向的裂纹。②碳。石墨环是比较常见机械的密封部件，而石墨炭化将导致机械的密封会出现密封的失效问题。其主要原因主要是：石墨环、碳一般在－105～250℃的温度下进行工作，如果大于这个温度值的范围，则碳、石墨环表面就会析出树脂，而处于摩擦面的附近树脂则会由于高温出现碳化的问题，遇到粘结剂而出现发泡的软化现象，导致密封的失效。③最后，乙丙橡胶、全橡胶以及氟橡胶等的橡胶辅助性密封件的使用在温度超过它允许的范围值后就会迅速的老化、失去弹性、变硬或者是龟裂。目前常常采用的是柔性石墨，即便它具有良好耐高温以及耐腐蚀的性能，但是因其不具备良好回弹性，脆裂的几率高，也很容易造成密封失效。

2.2 解决的对策

第一，根据转动设备在使用条件与工况进行来适当的选型，设置必要辅助的设施，比如，高温的情况下就适宜选用比较耐高温材质的钻基碳化钨、石墨等密封环，来提高高温的使用性能，同时设置密封的冲洗设施，起到净化、润滑、冷却的功能。

第二，加强日常的维护保养与规范使用，介质和工作条件恶化对于机械的密封失效影响比较明显，例如介质中含有固体颗粒、腐蚀加大或介质黏度加大和泵抽真空等的使用不当就是导致密封失效重要的原因，因此，要依照使用的规程来正确的使用转动设备，加强日常的巡检，时刻来关注转动设备运行的状况，如，电机转速、轴承温度等，严格的控制介质特性指标，防止密封所使用环境工况的变化。

第三，提高机械密封检修的质量，日常在检修的过程中要特别注重检修质量，在密封的装配过程中一定要轻拿轻放，保持密封元件完整清洁，按照检修的规程来合理的调整配合和间隙，如，密封面间隙、弹簧比压等，另外，还要注意防止泵振动过大，应当重点的关注转子动平衡与对中找正。

3 结束语

提高密封可靠性对于设备使用寿命的延长、减少维修费用以及提高设备的利用率、降低生产成本等等意义重大。 基于这种情况，为保证密封装置能够发挥其本身应有的作用，就要对常用的石油化工生产的实效原因和密封形式加以分析，以便采取有效方式来对密封的装置进行维修，带着更大的社会效益与经济效益。

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