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化工机械密封泄漏的原因及对策探讨

2016-04-30  kbbjq

  无泄漏是化工机械的的永恒追求。机械密封是一种先进的动密封产品,它是靠介质压力及弹簧力,利用一对光滑平直并存有流体膜的表面达到密封效果。机械密封具有填料密封不能比及的众多优点,因此在动密封部位采用得比较多。特别是在化工环境中,如高速、高温、高压、低温、有毒、真空、腐蚀性、易燃易爆等场合中经常用到,一般的密封产品是无法胜任的。

1 化工机械密封简介

  化工机械密封也称为断面密封,一般是指用于泵、压缩机等设备的旋转轴。机械密封系统主要是由四类部件组成:主要密封件(静环和动环),辅助密封件(密封圈),压紧件(推环和弹簧),传动件(键或固定螺栓以及弹簧座)。

  机械密封和填料密封比较,机械密封具有密封效果好、寿命长、消耗功率低、使用范围广等优点。机械密封系指两块密封元件在其垂直于轴线的光洁而平直的表面上相互贴合,并作相对转动而构成密封的装置。机械密封是一种旋转轴用的接触式动密封,它是在流体介质和弹性元件的作用下,两个垂直于轴心线的密封端面紧贴着相对旋转,从而达到密封的要求。它通常由静环、动环、弹簧加荷装置 (包括推环、弹簧、弹簧座、固定螺钉、传动销)、辅助密封圈( 动环密封圈和静环密封圈) 等元件组成。防转销固定在压盖上,用以防止静环转动。 

  从结构来看,机械密封主要是将极易泄漏的轴向密封,改变为不易泄漏的端面密封,因为机械密封具有密封性能可靠、泄漏量少、使用寿命长、功率损耗少、不需要经常维修等优点,且能满足生产自动化和高温、高压等恶劣环境的密封要求,因此较其它密封获得更为迅速的发展和推广,越来越多地替代填料密封和其它密封。

2 机械密封泄露的主要原因

  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。 

  2.1 长期磨损 

  机械磨损将破坏密封副的正常配合,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。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。 

  2.2 安装不良 

  化工机械在运转时,因为憋压、气蚀以及抽空等异常现象会产生较大的轴向力,进而导致动静环接触面分离:对于安装机械密封时所造成的压缩量较大,也会导致摩擦副端面产生较为严重的损伤和磨损:动环密封圈过紧,弹簧将对动环的轴向浮动量无法进行调整;设计时常会发生选型失误,密封材质的冷压缩较大或者是密封端面比压较低等等:静态密封圈较松。当动环的轴向浮动时,静环就可能会脱离静环座:在工作的介质中,如果有颗粒状态的物质,在运转的过程中就会进入到摩擦副端面上,进而对动静环的密封断面造成损伤。 

  2.3 过热损伤 

  如果过热则可能会导致密封副变形甚至是产生磨损,这也有可能会引起热裂和疱疤。一般而言,因为过大的热应力所导致的密封环表面出现裂纹,就被称之为热裂。短时间内,在热负荷或者是机械负荷就会出现热烈的现象,例如由于冷却系统中断或者是干摩擦等产生热裂现象时,就会使密封环的磨损加剧,导致泄漏量的迅速增加。为了能够避免出现热裂的情况。就应该要掌握一定的物理和机械性能知识,在对机械密封进行设计的时候,要对可能产生热裂的情况进行综合的考虑,同时要设定其运转的条件。介质的润滑性能较差、操作温度过高、配对材料缎合不当以及过载等不当的组合因素。或者是这些因素综合在一起,都可能会导致过大摩擦热的产生。如果摩擦热不能够及时的散发,就可能会产生热裂纹,导致接卸密封出现泄漏。 

  2.4 化学腐蚀失效 

  在化工原料的生产过程中,炼油设备中存在着多种腐蚀物质,密封接触到腐蚀性的介质,就会产生相应的表面上的腐蚀,甚至会在表面的各处产生剧烈的腐蚀点,形成点蚀。在金属的表面所产生腐蚀会深入到金属的内部去,从而加剧破坏,最终导致断裂的出现,可见腐蚀危害的严重性。因为密封件比主机的零件要小得多,并且更加的精密,因此,普遍必须要采用比主机更加具有耐腐蚀的材料。压力、温度以及滑动的速度都能够使得腐蚀的速度加快,密封件的腐蚀率随着温度的升高也会呈现指数规律的增加。处理强腐蚀流体时,要采用双端面的密封,因为它与工艺流体相接触的零件数量比较少,可以最大限度的减轻腐蚀对密封件的影响。在强腐蚀的情况下,就成为了选择密封件的一个重要标准。 

  2.5 密封零件失效 

  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0形圈失效引起的。0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0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0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。

3 化工机械密封泄漏的解决方法

  3.1 设计合理,改良设备 

  综上所述,机机械密封设计和造型一定要根据生产实际情况,尽量选用密封可靠、寿命较长的摩擦副材料及静密封圈材料。例如,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作为0型环或波纹管;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0型环滑动密封;冲洗时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,控制密封温度,防止杂质积累,确保密封的完好性。 

  3.2 冲洗过程控制 

  冲洗介质不符合设计要求是影响机械密封的一个很大的因素,冲洗包括工作介质的自冲洗和相对洁净的工艺液冲洗。针对冲洗做好检查、调整,使冲洗介质的压力、流量、温度都达到设计要求,并且需要定期的清洗冲洗液的过滤装置,减少冲洗液中的杂质,保证冲洗的质量。合理的增加冲洗管道上的止回阀等,从根本上解决因为冲洗带来的密封损坏。 

  3.3 安装 

  保证安装过程的准确就可以很好的减少轴的震动,保证化工机械的使用寿命。通过预防随机干扰和改变环境来保证密封的可靠,消除了随机的密封失效,而密封件和设备的安装差错就很容易产生密封失效。安装过程中要控制误差,避免造成震动,轴和壳体的不合理相对运动就会造成损害,因此必须保证正确的装配公差、轴的合适表面粗糙度、正确的尺寸、仔细的测量等。具体实施过程中首先要,做好安装前准备工作。安装前检查机械密封各元件是否有损坏,特别是动环和静环的密封端面是否碰伤,如发现损坏时,需进行返修或更换新的零件。各密封元件需用汽油或煤油清洗干净,保持各元件表面无灰尘、异物。其次在装配过程中尽量保持清洁,保证密封端面不被划伤,在轴和轴套表面、压盖、密封圈配合面等处涂抹润滑油避免干摩擦,最后注意安装的顺序。 

  3.4 加强操作维护 

  如机械在运转过程中泄露量猛增,应即刻停车检查。检查动环、静环密封端面的磨损情况与表面质量的变化;检查动环、静环的辅助密封圈的安装位置是否正确;检查密封腔体内是否混入固体杂质,传动座内是否充满了杂质,影响动环的轴向浮动和弹簧的补偿;检查紧定螺钉是否松动,是否影响机械密封的正常工作状态;检查固定端盖的螺钉是否松动,而引起密封端盖的偏斜;检查泵的轴向窜动和径向振动是否超过使用的技术要求;若是装轴套的情况,检查轴套与轴之间的密封是否损坏,位置是否正确;检查密封体内有无密封液循环,机械密封是否处于干摩擦状态。 


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