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                  特殊工況下的機械密封維護方案

                  放大字體??縮小字體 發布日期:2019-08-24
                  核心提示:機泵裝置中,機動設備的機械密封約占整個動密封數量的80%-85%。而在機泵故障中,機械密封的故障大約占整個維修工作量的一半。可
                       機泵裝置中,機動設備的機械密封約占整個動密封數量的80%-85%。而在機泵故障中,機械密封的故障大約占整個維修工作量的一半。可見機械密封在機泵維修中所占的位置。由于機泵所輸送的介質千差萬別,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。結合多年來在機封選擇和維修中的經驗,介紹幾種特殊工況下機械密封的工作特點和注意事項。

                      一、高溫下的機械密封

                      一般情況下,介質的溫度超過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,摩擦系數隨之增大,磨損加劇,溫升加大,密封環產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。動環組件應盡可能選用膨脹系數相近的材料,以防止高溫下動環和動環座的連接松動。

                  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,省去了動環輔助密封圈,不需要克服動環補償時與轉軸的摩擦和磨損,因此在高溫下使用,一般都能取得不錯的效果。

                      二、低溫下的機械密封

                      在煉油化工裝置中,低溫輸送的介質一般都具有豁度小、潤滑性差、容易氣化的特點,而且介質在氣化時大量吸熱,使周圍溫度急劇下降,造成空氣中水氣的凝結,導致端面及其周圍結冰,使端面貼合不嚴引起泄漏。同時,因潤滑性差,端面摩擦產生的熱量較多,若不能及時轉移,必然會加劇端面處的氣化,造成惡性循環,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外,還要注意以下幾點。

                  1.改進密封結構及正確選擇摩擦副材料。實踐證明,在靜環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、靜環材料)一般要優于其他材料,因為其潤滑性好,摩擦系數低,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,容易發生氣化、結冰,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。如盡量減少介質的含水量;保持密封腔壓力的相對穩定;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。

                      三、高速下的機械密封

                      當轉速超過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環的振動,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,應盡量減少轉動部件,采用彈簧靜止式結構。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中間加入了一個差動環,可以將摩擦副線速度降低一半,取得了不錯的效果。

                      四、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生變形和破裂。高壓密封一般均采用平衡型結構,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,平衡系數不可能無限制增大,因而有些情況盡管已經采用了平衡型結構,但端面比壓仍可能較大。(公眾號:泵管家)單靠平衡型結構很難滿足使用要求,這種情況可采用多端面機封或者受控膜機械密封。

                      五、腐蝕環境下的機械密封

                      有些機械密封處于腐蝕環境中,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生的電耦現象。腐蝕環境中的機械密封,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。

                      六、顆粒介質下的機械密封

                      有些機封可能在含固體顆粒的介質中工作,當固體顆粒進入摩擦端面時,容易產生劇烈磨損,導致密封端面很快失效。另外固體顆粒可能會使動環密封圈無法沿軸向移動,從而使動環無法浮動,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壓力,因此可以有效阻止顆粒介質進入密封腔。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。

                      目前,機械密封在煉油化工裝置的機動設備中已經成為一種最普遍的密封形式,而且,隨著其設計制造水平的不斷提高以及新材料的不斷開發,其應用范圍將進一步擴大。
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