关于化工机械密封的泄漏原因及对策分析

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所属分类:机械密封件
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机械密封在使用中因管道介质中的杂质和结晶物沉积于密封腔内,使动环和动环座、轴套间的间隙易被阻塞,造成动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死、弹簧被腐蚀卡涩而弹性不足,不能提供原设计的端面比压,致使密封面不能良好地贴和,液膜平衡被破坏,导致密封出现微漏。随着结晶物和杂质颗粒进入摩擦副端面,密封面逐渐被磨损,再加上动环轴向补偿不灵,造成密封泄漏量增加,最终导致密封彻底失效。

一、机械密封概述

机械密封是靠一对或几对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持接合并配以辅助密封而达到的阻漏的轴封装置。即依靠弹性元件对静环和动环端面密封副的预紧和介质压力与弹性元件压力的压紧而达到密封的轴向端面密封装置,故又称端面密封。机械密封是靠动环与静环的接触面在运动中始终贴合。其动环和静环的端产生适当的比压和保持一层极薄的液体膜而达密封的目的。
机械密封的主要部件有静环和动环等端面密封副压紧元件;辅助密封件有O形、x形、U型、楔形、矩形柔性石墨、PTFE包覆橡胶O圈等密封圈;还有弹簧、推环等弹力补偿部件;传动销、传动螺钉等传动件;弹簧座、推环、压盖、紧定螺钉、轴套等紧固件。
机械密封多用于离心泵、离心机、反应釜和压缩机等设备。其密封性能可靠、泄露量小、功耗低、使用寿命长、无需经常维修,且能适应自动化生产和高温、低温、高压、真空、高速及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求。

二、机械密封泄露原因分析

常见的机械密封泄露原因有动作性损坏、密封面平面度损坏、密封面润滑性破损及多因素叠加作用引起的泄漏等。
(一)动作性损坏泄漏
动环与静环随轴的旋转而频繁重复运动,不仅改变了密封端面,也增加了轴向移动量,特别是热及压力变化的积累,逐渐降低了机械密封的精度。长此以往就引起密封端面、销、轴套、螺栓及弹簧等部件损伤或变形,失去随动性,造成密封泄漏。
1、浆料进入堵塞使弹簧作用受限、滑动部件动作失调、密封面表面磨损,破坏了密封性。既使仅有微量浆料填积,也会严重影响机械密封的动作性。
2、滑动密封面磨损、硬化、老化,使轴及轴套损坏、弹簧座磨损、弯曲等。
3、附着高油油类分解焦化或碳化物颗粒附着溶液中析出馏分的结晶物造成微量泄露粘合。
(二)密封面平面度损坏泄漏
密封面平面度损坏多为不均性滑痕或面部切断痕。
1、泵密封箱端面和搅拌器封头变形、损伤、螺栓紧固力不均匀等会导致静环密封面变形,引发泄漏。
2、滑动件热装时,温度变化与热膨胀差引起的密封面变形。会使密封性因紧同件儒变、松动,结构热应力过高及热变形过大而损坏。导致泄漏。
(三)密封面润滑性破损泄漏
端面密封不仅靠端面液膜的密封功能达到密封目的,还借端面液膜的润滑作用而正常运行。
1、端面液膜破损会导致干摩擦,使密封面变得粗糙和磨损加速,甚至会使碳化硅与超硬质合金等硬质耐磨材料产生裂纹。
2、滑动摩擦面温度急剧上升时,未能及时除去的热积累会导致密封面间的密封液蒸发,润滑膜消失后的干摩擦。加速了密封面的损伤,易引发突然的大量泄漏。因此需严格按规程检查水冷系统等冷却条件。
(四)多因素叠加作用泄漏
高粘度液体和起停返复操作的机械易发生以“碳疤”(密封面上隆起的微细“泡疤”)为起点,里辐射状生长裂纹、剥离、脱落等多种缺陷。而干摩擦、滑动不良、平面度变形和相对侧硬质滑动环变形等多因素叠加作用也会造成泄漏。这些泄露现象多为局部的面压力上升和液膜破坏、热循环及疲劳所致。因此,除良好的冷却外,正确安装、保证机械密封清洁及液膜润滑完好的强化维护检查,能消除隐患,确保安全运行。

三、机械密封泄露的处理对策

(一)动作不良的对策
1、使用耐磨性好,橡胶弹性高的O型环,在受到轻微损伤时仍能保持固有的形状和大小,维持密封。密封用O型环多选用橡胶、聚四氟乙烯等。作为0型环或波纹管用的橡胶,可选用丁腈橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶、氟橡胶及聚硫橡胶等:聚四氟乙烯则可作为波纹管、v型环和楔型环,用于腐蚀性介质中:高温或低温条件下,多以青铜及不锈钢作为金属波纹管代替密封环;旋转型机械密封,多采用O型环滑动密封。
2、采用寿命长的静止型机械密封,将静止型机械密封的静环装在轴侧,动环装在机壳侧,即不受机器变形的影响,又具有保持平面度的结构的功能,且弹簧不接触密封液,也改善和提高了动作性,降低了清除浆料、保持密封平面度和机器精度的难度。
3、机械密封受热引起的材料变性、零件变形、负荷能力改变等,会降低密封的工作性能,甚至被烧毁。可视热量大小采用自然冷却、水套冷却、内循环冷却、外冲洗冷却、轴内冷却、外循环冷却等方式,冲洗强化冷却效果,控制密封温度,并防止杂质积累,以保证密封的完好性。
(二)保持滑动面平面度对策
1、在维护检修时仔细检查有无磨损和滑痕,以保持静环安装的表面精度,采用静止型机械密封能有效地解决磨损和滑痕多难以修复的问题。
2、抑制滑动部件材料应力变化的密封热变形的有效方法是将O环或石墨环的保持方式由滑动式改为插入式;也可用耐高温性与温度适应性材料制造的机械密封部件来保证其应力变化最小。
(三)干滑动的防止对策
对滑动发热的冷却不足所致的滑动面损伤造成的干滑动摩擦,除配置完善的密封液、冷却水流量和温度监控单元外,还需巡回检查二者供给管线,防止堵塞。最好采用耐浆性优良的静止型机械密封,能有效防止干滑动发生。
此外,加强旋转机械的运行管理,实时检查机械密封的各种压力、密封液流量、温度等变化;检查轴的振动情况及密封的状态;严禁振动及堵转运行,以保证机械的完好性。

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