石油化工生产常用机械密封形式及失效原因探讨

袁明蛟

摘 要：石油化工产业所生产的产品或提供的服务具有一定安全风险，尤其是易燃、易爆、易腐蚀和毒性使得其常常会引发比较严重的安全生产事故，甚至造成众多人员伤亡，加强其密封生产管理势在必行。本文在阐述石油化工生产常用机械密封形式的基础上，详细阐述了其失效成因，希望确保新时期我国石油化工生产作业可以稳定、安全进行。

关键词：石油化工；机械密封形式；失效原因

为了有效防范石油化工生产过程中因泄露问题造成火灾、爆炸或中毒等安全事故的出现，就必须要重视强化石油化工生产过程中的密封管理。机械密封则是为了阻止石油化工生产机械设备在运行过程中出现泄漏的重要防护操作，具有耐久性好、适应能力强和可靠性高等优势，但是为了防范其失效，有必要对其失效成因进行探究。

1 石油化工生产中常用的机械密封形式

1.1 接触式机械密封形式

目前，接触接触式密封形式是石油化工生产中比较常见的一种密封形式，具体就是指密封面微凸体接触的一种机械密封形式，相应的摩擦状态除了边界摩擦外，还有混合摩擦。根据划分指标的不同，接触式机械密封也可以划分成如下几种类型。

1.1.1 内置式密封和外置式密封

前者主要是将在密封箱内安装动环与弹簧，并使其和介质之间保持相互接触状态，充分借助密封箱内装的介质压力来起到密封作用，具有广泛的应用条件；后者是在密封箱外安装动环和弹簧，使其和介质保持隔离状态，主要适用于工作压力低、易结晶介质、高黏度和强腐蚀环境等场合中。

1.1.2 旋转式密封和静止式密封

旋轉与静止的标准是指弹簧是否会在密封中随着轴一块发生转动，前者会使弹簧受到离心作用因素影响，不适用于高速机械密封（速度超过20～30m/s），后者弹簧不会受到离心作用，可以应用于高速机械密封中。

1.1.3 外流型和内流型

该种摩擦式密封类型的划分主要是根据介质泄漏方向是否和离心方向保持一致来决定。如果二者方向保持一致，则就属于内流型密封，反之则为外流型密封。相较于外流型，内流型密封中的离心力作用会避免流体泄露出去，相应的泄漏量比较少，所以更加适应于高压场合。而外流型密封则更加适应于低压场合，一般压力控制在1～2MPa。

1.1.4 平衡型和非平衡型

平衡与非平衡的判别标准是指作用于单位密封面上轴向压紧力和密封室内介质压力二者之前的大小，如果前者比较小则意味着为平衡型密封，反之则为非平衡性密封。平衡型密封的密封面上所承受到的作用力受到介质压力变化的影响比较小，主要适用于高圧密封；反之非平衡性密封的密封面上所承受到的压力会受到介质压力变化的影响比较大，所以更加适合于低压密封。

1.1.5 大弹簧型和小弹簧型

该种密封形式划分标准是实际的密封中采用的是单独的一个大弹簧还是沿周围点布置一些小弹簧，前者称为集中大弹簧型密封，主要适用于小直径低速密封中，一般直径不大于80～150mm；后者被称为点布小弹簧型密封，主要适用于大直径、高速密封，但其容易受到腐蚀或者被堵塞，故不太适用于存在固体颗粒介质或腐蚀介质的环境中。

1.2 接触式机械密封形式

非接触式机械密封区别于接触式，其实际上就是指密封面微凸体不接触的一种密封形式，相应的摩擦状态包括弹性流体动力润滑和流体摩擦。从整体上来看，其主要包括浮环密封和迷宫密封等。浮环密封是指轴和内外浮环之间存在一定间隙，内外浮环端面会在介质压力和弹簧力作用下分别同挡环和隔离环端面保持贴合状态，确保最佳密封效果，同时有助于出现转销。迷宫密封则是由一组环状密封齿片所构成，轴和齿之间存在一组膨胀空腔和节流间隙，气流会在经过间隙的过程中形成节流效应，进而起到降低液体或气体外流量的密封作用。

2 石油化工生产中常用的机械密封失效原因

2.1 密封面出现磨损

在实际的使用过程中，如果密封面存在严重磨损情况，那么势必会使其密封性能出现降低或失效情况。比如，如果密封面端面温度比较高，那么在长时间运行时候会不断磨损密封面；设计密封面粗糙度的时候，设计数值过高，使得实际应用过程中出现了严重磨损；没有合理选择摩擦副的时候，可能会因温度、压力等工况和介質性质不同而造成摩擦面磨损问题等等，这些因素均可能会造成密封面磨损，进而引发机械密封失效问题。

2.2 密封元件遭受腐蚀

在日常使用过程中，如果密封元件长期处于过酸或过碱的条件下，那么容易出现腐蚀，不只是金属原价，非金属密封元件也同样会受到腐蚀。比如，石墨环本身的耐腐蚀性能比较差，其在油化工生产过程中的强酸碱环境下会出现严重腐蚀，进而影响其正常性能发挥。

2.3 工艺操作和介质特性影响

如果没有严格按照规定操作流程进行操作，那么密封面可能会在泵运转过程中处于抽空的状态下因干摩擦而造成密封失效；或者输送介质为易结晶或悬浮液，那么会因这些介质对密封面液膜造成破坏，加剧了密封面的磨损。

总之，安全是石油化工生产的第一要素，也是其他一些工作的基础和前提。机械密封失效的成因众多，涵盖了密封面磨损、密封面设计不合理、摩擦副选型不当等等。为了有效防范石油化工生产机械密封失效，必须要结合实际的生产需求来合理选择机械密封形式，同时要强化机械密封设计、应用和维护等各个方面的管理。

参考文献：

[1]张博，冯小彦.解析石油机械密封的工作原理[J].科技资讯，2014（3）：138-139.

[2]吴斌.石油化工生产常用机械密封形式及失效原因分析[J].工程技术，2016（8）：184-185.