化工泵用机械密封的泄漏原因与防止措施.docx

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化工泵用机械密封的泄漏原因与防止措施

化工泵用机械密封的泄漏原因与防止措施

化工反应装置中泵的密封泄漏是引起密封失效的主要原因。

引起机械密封泄漏过早失效的因素很多，如:

选型和安装问题、密封设计和制造问题以及设备本身存在的问题等。

各种泵是化工反应装置中最常用的基础设备之一，其机械密封性能是影响化工反应装置工作性能和生产效率的重要因素。

在化工反应装置中泵的密封泄漏是引起密封失效的主要原因。

引起机械密封泄漏过早失效的因素很多，如:

选型和安装问题、密封设计和制造问题以及设备本身存在的问题等，分析密封失效原因，积极采取相应措施，从诸多的环节中排除不变和基本不变的因素，从而采取相应的预防或补救措施，以确保反应装置可靠和稳定运行是探讨的重点。

一、长炼化工泵的常见工况：

A、清洁流体介质；

B、含固体颗粒、结晶体的介质

C、固体浓度高、粘度大，可流动性差的介质

　　二、机械密封泄漏失效的原因分析

　　密封泄漏是机械密封失效的主要表现形式，在实际工作中，重要的是从泄漏现象分析机械密封产生泄漏的原因。

机械密封一般为内装式，常常需根据经验、现场观察及仪器测量分析来确定密封泄漏的原因。

首先，弄清受损伤的密封件对密封性能的影响，然后依次对密封环、传动件、加载弹性元件、辅助密封圈、防转机构、紧固螺钉等仔细检查磨损痕迹。

对附属件，如底座、轴套、密封腔体以及密封系统等也应进行全面的检查。

此外，要了解设备的操作条件，以及以往密封失效的情况，在此基础上，进行综合分析，就会找出产生失效的根本原因，并采取有效措施，防止密封的泄漏失效。

　　1.由机械磨损引起的密封泄漏

　　机械磨损将引起密封副的正常配合关系被破坏，当端面出现一定的磨损，传动轴每转一转密封件都要作轴向位移和径向摆动，因此在每一次转动中，密封副端面都趋向于产生轻微的分离和泄漏。

根据磨损痕迹可以判断运动和磨损情况，也可以确定密封泄漏的原因。

例如，密封副磨损痕迹均匀，各零件的配合良好，这就说明传动部分的同轴度良好。

这时密封端面产生的泄漏，可能不是由密封本身问题引起的。

若泄漏量为常数，就意味着泄漏不是发生在两端面之间，有可能发生在其他部位上，如静密封处。

再如，密封开始使用时就泄漏，且观察不到摩擦端面磨损痕迹，可能是旋转环相对于静止环不旋转或打滑，其原因可能是防转销松脱或折断，或是底座的孔径小于密封件的外径，由于安装不到位所致。

　　密封副中硬质环端面出现较深的沟槽，原因主要是传动部分的同轴度达不到安装要求，或密封的浮动性不好，传动时引起密封副端面分离，两者之间侵入较大颗粒，当颗粒嵌入较软的碳质端面内，造成硬质端面的磨损。

密封副材料均采用硬质材料可防止该类磨损发生，因颗粒将无法嵌入任何一个端面，而是被磨碎后从两端面之间通过。

　　2.由热损伤引起的密封泄漏

　　主要是由于密封在使用过程中的过热引起，过热不仅引起密封副变形产生磨损，还可能引起热裂和疱疤。

通常，在过大的热应力作用下密封环表面上出现径向裂纹，称为热裂。

在短时间的机械负荷或热负荷作用下会出现热裂，例如由于干摩擦、冷却系统中断等热裂时密封环磨损加剧泄漏量迅速增长。

对于平衡型密封，甚至密封环分开。

为了避免热裂，必须掌握材料的机械-物理性能，在设计时考虑到可能产生热裂，并给定运转条件。

　　疱疤也是由于过热引起的，它主要是由于碳石墨、陶瓷等材料过热造成，因为非均质材料本身各组分的膨胀系数不同，粘结剂被挤出是这种损坏的原因。

因此必须采用不同材料或利用外部结构措施来改变其散热条件。

　　介质润滑性差、过载、操作温度高、线速度高、配对材料组合不当等因素，或者是以上几种因素的叠加，都可以产生过大的摩擦热，若摩擦热不能及时散发，就会产生热裂纹。

解决密封过热问题，除改变端面面积比、减少载荷外，采用静止型密封并加导流套强制将冷却循环液体导向密封面，或在密封端面上开流体动力槽来加以解决。

　　3.由腐蚀引起的密封泄漏

　　机械密封的腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀，腐蚀是机械密封产生泄漏并引起机械密封失效的最主要原因之一。

由于密封接触腐蚀性介质就会产生表面腐蚀，甚至在表面各处产生剧烈腐蚀点而形成点蚀。

在金属的晶界上产生的晶间腐蚀，会深入到金属的内部，并进一步破坏而引起断裂。

　　电化学腐蚀的形成是由于密封环两种金属在电介质溶液中的电差不同，而产生电位差，形成电池作用，发生电池腐蚀。

　　腐蚀的性能影响很大。

由于密封件比主机的零件小，而且更精密，通常要选用比主机更耐腐蚀的材料。

经验表明，压力、温度和滑动速度都能使腐蚀加速。

密封件的腐蚀率随温度升高呈指数规律增加。

处理强腐蚀流体时，采用双端面密封，可以最大限度减轻腐蚀对密封件的影响，因为它与工艺流体相接触的零件数量少。

这也是在强腐蚀条件下，选择密封结构的一条最重要的原则。

　　根据密封的实际工作情况，合理选择耐腐蚀材料和热处理是防止密封在应用时产生泄漏的重要做法。

例如，选用奥氏体不锈钢做密封环，由于其表面能形成氧化物或氢氧化物的保护膜使金属钝化而不受腐蚀。

但奥氏体不锈钢却在450℃～850℃产生晶间腐蚀，因此材料要在1050℃下进行热处理。

　　4.由密封零件失效引起的密封泄漏

　　机械密封用辅助密封圈，以采用合成橡胶O形圈较多。

机械密封零件失效大部分是辅助密封圈失效，机械密封由于泄漏而不能正常工作的一个主要原因也是因为O形圈失效引起的。

O形圈失效的表现为老化、永久性变形、溶胀变形、扭曲及挤出损伤。

因此，在选用O形圈时应考虑合成橡胶的安全使用温度，尽可能地选用截面较大的橡胶O形圈，适当提高硬度，采用沟槽式的装配结构，通过沉浸试验合理选材，必要时选用复合材料，如橡胶包覆聚四氟乙烯密封圈。

安装时，应在槽内涂以润滑脂，保证其滚动自如。

弹簧、传动销等机械零件失效也常常引起机械密封的泄漏，在使用中，机械密封的弹簧失效形式有永久变形、断裂、腐蚀、蠕变或松弛等。

传动销、传动螺钉等都能用来传递转矩，驱动密封件旋转。

振动或安装位置偏斜、不同心等，都会使传动件磨损、弯曲甚至损坏。

5.介质浓度高、粘度大、可流动性差引起密封失效。

A、由于介质粘度大，容易造成内装式机械密封弹簧堵塞，弹簧补偿失效，使机械密封补偿环（通常指动环）不能有效的贴紧非补偿环（通常指静环），至使密封失效；

B、介质含固体颗粒浓度高、粘度大，可流动性差，容易造成泵的抽空，而倒至密封处于干摩擦状态，密封环产生热裂变，密封失效。

　　三、机械密封泄漏失效的现象及防止

　　在机械密封泄漏分析中,关键是找到其原因,进而采取措施。

通过对机械密封泄漏的现象，如泄漏部位、泄漏量等情况的观察找到初步的原因或主要原因，再通过观察密封零件的损坏情况找到根本原因。

有时这些过程是需要借助于仪器测量来完成的。

　　1.密封副端面之间泄漏的防止

　　错误的安装常常造成密封副端面之间泄漏，如:

安装尺寸未达到图纸设计要求，非补偿环安装倾斜，端面变形，因此安装时必须仔细阅读安装说明书及附图，重新调整安装尺寸。

若为压盖安装偏斜，应重新安装。

同时检查密封环端面与压盖端面各点的距离是否一致，防转销是否进入密封环的凹糟中、是否顶到凹槽底部，总装时压盖螺钉要均匀锁紧。

碳石墨环弹性模量低，易变形，一般说来，碳石墨环端面变形的原因有:

箱体内夹杂金属碎片或污垢，局部受载;合成橡胶O形圈在介质中溶胀，体积增大，碳环受压而使端面变形;端面分离，弹簧阴塞，如因温度变化引起介质结晶、积垢，造成端面不能很好地贴合，弹簧被腐蚀而丧失强度也会产生同样的结果。

对此须清除碎片，清洗箱体、底座，应根据介质性质更换O形圈，对于因腐蚀而产生的泄漏，一般需要改用合适的材料。

　　密封副端面不平，端面平面度、粗糙度未达到要求，或在使用前受到了操作破坏，因而产生泄漏。

这时应重新研磨抛光或更换密封环。

工作端面平面度可用平晶检查光干涉带来测定。

　　造成端面分离的情况还有:

（1）同轴度误差、安装对中调整不良、各零件加工精度不佳而造成累计误差，连接螺栓中轴线偏差、传动轴直线超差或加工后产生变形等。

机械密封部件安装（包括密封轴）后，应测量轴的径向跳动与端面跳动。

（2）端面接触压力不足，这是因为轴（或轴套）与密封圈之间磨擦阻力过大使闭合减小，阻力增加是因为橡胶O形圈溶胀引起密封环卡滞。

（3）轴可能因点腐蚀或电偶腐蚀而失去光滑的表面，从而增加摩擦力或密封圈的压缩量过大，当轴窜动时，补偿环随轴窜动致使端面不闭合，补偿环组件与轴的间隙过小。

因此，必须校核温升引起的间隙减小量，轴必须具有合适的粗糙度。

我们一般将轴与轴套配合部分进行磨削加工，确保精度。

机械密封腔内密封液不洁净，应严格控制密封液中的杂质，定期更换密封液。

（4）密封件本身具有渗透性，为确保密封件不渗透，经机械加工后的成品应进行一次浸渍处理。

如果从密封件处产生大量泄漏，表明密封件可能已破裂，此时应检查操作条件以判明是因过载引起的破坏，还是由于安装不当造成的。

　　2.补偿环辅助密封圈处泄漏的防止

　　补偿环辅助密封圈处泄漏主要是由于辅助密封圈的安装、产品质量和其被损伤引起的，密封圈安装时受到损伤，是密封失效的常见原因，如表面有划痕，唇口被割伤。

出现这种情况，多半是轴端未倒角或残留毛刺不清洁所致，要注意清除毛刺和保持清洁。

轴上的键槽也会损伤密封圈，安装时应使用专用工具，避免密封圈受到损伤。

还可通过调整轴的尺寸公差、形位公差及粗糙度加以处理。

　　辅助密封圈质量问题，如橡胶密封圈断面尺寸超差，压缩率不符合要求，出现质量问题，如错位、开模缩裂、修边过量、流痕、凹凸缺陷、飞边过大等，需用合格品替换。

密封圈的衬质与介质不相容，应重新选用适宜的密封圈材料。

　　轴表面有腐蚀、麻点、凹坑和密封圈老化将使密封圈损坏或失效。

在这种情况下应更换新轴、轴材料和密封圈，可在密封圈接触部位的轴表面镀铬或喷涂陶瓷。

　　3.非补偿环辅助密封圈处泄漏的防止

　　产生的原因可能是底座尺寸公差不符合设计要求，安装错误，密封圈的质量不良或密封圈的材质与介质不相容等。

采取的措施有:

应更换合格品，严格安装操作，选用适宜材料的密封圈。

　　4.其他接触零件部分泄漏的防止

　　箱体与底座结合面之间泄漏，是由于箱体与底座的配合面质量达不到要求和安装不当造成的。

箱体与底座配合端面有缺陷，如凹坑、刻痕等，需整修或采用相应措施，可涂液体密封胶;安装时螺栓力过小，压缩垫片或密封圈时不能把接触面不平的凹坑填满，需加大螺栓力，或用较软的垫片，因为内压力总是使得密封底座与箱体端面趋于分离;垫片或密封圈受到损伤，应更换垫片或密封圈;安装时不清洁，异物进入其间，就清除异物，受损伤的密封垫片、密封圈应更换;底座刚度不够，安装时产生底座变形，这时应更换有足够刚度的底座;安装时螺栓受力不均匀，底座单边锁紧，应重新调整螺栓力。

轴套处的泄漏量通常是稳定的，一般是由于安装不当，密封圈或垫片不符合要求或损伤而造成的。

　　五、结语

　　化工泵用机械密封泄漏失效的原因是复杂的，往往须在生产实践中不断总结经验，通过详细的观察和分析，并借助于仪器测量分析，才能找到机械密封的泄漏原因，从而采取有效的措施加以解决。

在化工泵用机械密封的设计中，要充分掌握其工况条件，选用合适的密封机构和关键零件的材料，防止由于设计不当引起的密封失效。

通过在生产中、实验中对失效原因的故障分析，对提高在化工企业中机械密封的应用技术水平，改进结构上的设计水平，提高装置的生产效率都有十分重要的意义。