特殊工況下的機械密封維護方案

化工廠化工裝置中，機動設備的機械密封約占整個動密封數(shù)量的80%-85%。而在化工泵故障中，機械密封的故障大約占整個維修工作量的一半?？梢姍C械密封在化工泵維修中所占的位置。由于化工泵所輸送的介質(zhì)千差萬別，工藝條件各不相同，所以了解這些情況對機封的選擇及維護很重要。下面介紹幾種特殊工況下機械密封的工作特點和注意事項。


一.腐蝕環(huán)境下的機械密封：

有些機械密封處于腐蝕環(huán)境中，這時不僅要注意機封中每個零件本身的耐腐蝕性，還要防止它們組合在一起時可能產(chǎn)生的電耦現(xiàn)象。腐蝕環(huán)境中的機械密封，在選用時要注意采用耐腐蝕的材料。此外，可以采用外裝式機械密封。對腐蝕性特強容易引起安全事故的，可以采用雙端面密封，引入隔離液加以保護。


二.高壓下的機械密封：

機械密封工作壓力超過4-5MPa即屬于高壓密封范圍。在高壓條件下，由于密封端面比壓值過大，引起端面發(fā)熱，從而破壞液膜的形成，造成異常磨損。高壓還可能使摩擦副產(chǎn)生變形和破裂。高壓密封一般均采用平衡型結(jié)構(gòu)，以使端面比壓處于一個合適的范圍。但考慮到密封的可靠性，平衡系數(shù)不可能無限制增大，因而有些情況盡管已經(jīng)采用了平衡型結(jié)構(gòu)，但端面比壓仍可能較大。單靠平衡型結(jié)構(gòu)很難滿足使用要求，這種情況可采用多端面機封或者受控膜機械密封。


三.高速下的機械密封：

當轉(zhuǎn)速超過3000r/min或者摩擦副的線速度超過25m/s時，一般可視為高速密封。在高速條件下，摩擦端面由于線速度很大，摩擦產(chǎn)生的熱量也多，此時端面液膜不容易形成，磨損加劇。高速還容易引起旋轉(zhuǎn)環(huán)的振動，并受到較大的離心力作用，不利于端面間液膜的形成和維持。所以在高速情況下，為了減小離心力和振動的影響，應盡量減少轉(zhuǎn)動部件，采用彈簧靜止式結(jié)構(gòu)。也可以加強對摩擦副端面的冷卻和潤滑。另外還可選用[PV]值高的摩擦副材料，減小端面的接觸寬度，或者采用受控膜機械密封。近年來，一種名為差動環(huán)式的機械密封也在高速設備中得到應用。由于在原先的動靜環(huán)中間加入了一個差動環(huán)，可以將摩擦副線速度降低一半，取得了不錯的效果。


四.顆粒介質(zhì)下的機械密封：

有些機封可能在含固體顆粒的介質(zhì)中工作，當固體顆粒進入摩擦端面時，容易產(chǎn)生劇烈磨損，導致密封端面很快失效。另外固體顆?？赡軙箘迎h(huán)密封圈無法沿軸向移動，從而使動環(huán)無法浮動，失去補償性，導致機封失效。對此比較有效的做法是加入一個外沖洗裝置。由于引入密封腔的沖洗液壓力高于密封腔介質(zhì)壓力，因此可以有效阻止顆粒介質(zhì)進入密封腔。此外可以采用雙端面機械密封，在密封腔中間加入封液。還可以采用外裝式機械密封。


五.高溫下的機械密封：

一般情況下，介質(zhì)的溫度超過120℃即認為是高溫密封。此時機械密封存在的主要問題有：
1.由于摩擦副端面溫度升高，導致密封端面間液膜氣化，摩擦系數(shù)隨之增大，磨損加劇，溫升加大，密封環(huán)產(chǎn)生熱變形或熱裂而失效。

2.機械密封中的輔助密封圈材料一般為橡膠或聚四氟乙烯，由于長時間在高溫環(huán)境中，容易老化和分解，造成密封失效。

3.高溫下機械密封的彈性元件易產(chǎn)生疲勞和蠕變，使密封失效。
4.高溫會加劇金屬材料的腐蝕，縮短機封的使用壽命。

為保證機械密封在高溫環(huán)境下正常工作，可以采取如下措施：

1．給機封增加冷卻沖洗裝置。

2．選擇耐高溫的材料，根據(jù)不同的工作溫度選用不同的材料。丁腈橡膠溫度上限為80℃，硅橡膠和氟橡膠為200℃，聚四氟乙烯為250℃。另外，機械密封中的非金屬摩擦副多采用石墨浸漬材料制成，所以也要根據(jù)不同的工作溫度選用不同種類的浸漬石墨。一般浸巴氏合金石墨適用溫度范圍小于150℃，浸樹脂石墨適用溫度范圍為170~200℃，浸銅、鋁、鉛的石墨可在小于400℃的工作條件下使用。動環(huán)組件應盡可能選用膨脹系數(shù)相近的材料，以防止高溫下動環(huán)和動環(huán)座的連接松動。

3．選擇金屬波紋管機械密封。金屬波紋管密封近年來在高溫密封中使用很多，并且取得了很好的效果。在該種機封中，金屬波紋管取代了普通機封中的彈簧，省去了動環(huán)輔助密封圈，不需要克服動環(huán)補償時與轉(zhuǎn)軸的摩擦和磨損，因此在高溫下使用，一般都能取得不錯的效果。


六.低溫下的機械密封：

在化工廠化工裝置中，低溫輸送的介質(zhì)一般都具有豁度小、潤滑性差、容易氣化的特點，而且介質(zhì)在氣化時大量吸熱，使周圍溫度急劇下降，造成空氣中水氣的凝結(jié)，導致端面及其周圍結(jié)冰，使端面貼合不嚴引起泄漏。同時，因潤滑性差，端面摩擦產(chǎn)生的熱量較多，若不能及時轉(zhuǎn)移，必然會加劇端面處的氣化，造成惡性循環(huán)，加速密封面的早期失效。另外，低溫密封的輔助密封圈在低溫下發(fā)硬失彈也容易導致泄漏。

對低溫密封，除了選擇合適的輔助密封圈材質(zhì)外，還要注意以下幾點：

1．改進密封結(jié)構(gòu)及正確選擇摩擦副材料。實踐證明，在靜環(huán)表面開圓弧形凹槽可形成流體動力密封，增加流體膜承載能力，改善端面潤滑條件，有效延長機封工作壽命。在端面配對方面，碳化鎢一M106K石墨組對（即動、靜環(huán)材料）一般要優(yōu)于其他材料，因為其潤滑性好，摩擦系數(shù)低，導熱性也比較好。

2．選擇合適的端面比壓。低溫密封由于端面潤滑性差，容易發(fā)生氣化、結(jié)冰，所以在保證密封可靠的前提下，端面比壓可適當減小。一般機械密封比壓值推薦為0.29-0.59MPa，對低溫密封可取其下限。對金屬波紋管機械密封，由于動環(huán)沒有軸向摩擦，端面比壓甚至可以低于下限。

3．工藝上采取相應措施。如盡量減少介質(zhì)的含水量；保持密封腔壓力的相對穩(wěn)定，盡可能配備沖洗冷卻裝置，在設備啟動前，對機封部位進行適當預熱等。