化工设备机械密封性能的探讨 宋瑞冬

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/3/28来源:《电力设备》2018年第29期文/宋瑞冬
[导读]摘要:机械密封是化工设备的重要组成部分。

        (大庆石化公司化工二厂丁辛醇车间  163714)
        摘要:机械密封是化工设备的重要组成部分。其性能的好坏,直接关系到化工设备的正常使用。机械密封发生故障,例如泄露或者磨损等,会造成严重的污染,甚至威胁生命安全。因此,分析机械密封的性能,有助于解决化工液体泄露的问题,对保护环境以及提高设备效率具有重要作用。
        关键词:化工设备;机械密封;性能
        化工设备是化工产品生产中不可或缺的组成部分。这类设备中常用到机械密封这种元件,用来避免发生液体泄露。在机械密封的实际应用中,有时会出现性能失效的情况。因此,有必要研究其工作原理和失效原因,从而改善其性能。
        1化工设备机械密封的工作原理及作用
        机械密封是一种零部件,虽然与化工设备其他部件相比,不具有直接的功能,但是其对于化工设备的稳定运行,具有很大的作用。机械密封有两种形式:接触式和非接触式。在现阶段的化工设备中,采用接触式的设备更为常见。不过,非接触式的设备也逐渐出现,并为人们所熟知和使用。据统计,离心泵轴封采用这一零部件的比例高达有百分之八十至九十。化工设备的工作条件往往比较严格,可能需要在较高温度、较高速度或者较高压力下运行,甚至会处于具有腐蚀性和易燃性的环境中。一般的轴封方式是无法确保化工设备安全和正常运行的,但是机械密封可以。所以,这一零部件正在成为离心泵不可替代的一部分。这一零部件的工作原理很简单。机械密封就是由两个相互接触、与旋转轴的中心线相垂直的密封平面构成的。这两个接触平面能够发生相对转动。通过弹性元件,例如弹簧或者波纹管,以及密封介质的压力,使得随轴旋转的动环与不随轴旋转的静环的接触位置,形成一定的挤压力,从而让两个接触端面达到无缝隙贴合的效果。在这种情况下,动环和静环的接触端面之间,会一直存在一层较薄的液态薄膜,进而起到密封的效果。采用这种密封方式,具有明显的优势。一方面,它能够提高化工设备的容积效率。因为这一零部件的密封性较好,工作可靠性强,设备不容易发生泄露的现象,例如内漏、外漏或者穿漏等。某工厂将一台化工设备的离心泵的叶轮口环改为机械密封,使得离心泵的效率提高了3.6%~5.6%。另一方面,采用这一零部件有助于节约资源。例如,在工艺流体回收中,机械密封能够减轻,甚至避免动力蒸汽和工艺流体的损失,同时降低封油损耗。此外,机械密封的良好性能,还能够确保化工设备稳定工作,避免因流体泄露而发生环境污染和安全问题。然而,当前在化工设备中应用机械密封时,其密封性能仍然存在失效的问题。
        2化工设备机械密封性能失效的原因分析
        2.1机械密封零件的刚度和弹性变差
        化工设备在经过较长时间的使用后,机械密封的零件的刚度和弹性会不断变差,尤其是波纹管机械密封。也就是说,机械密封会试着使用时间的延长,出现“失弹”情况。当波纹管的失弹率超过百分之二十时,机械密封性能会失效,导致化工设备出现泄露。当化工设备的工作温度高于300摄氏度时,机械密封的刚度和弹性也会变差。有实验表明:当化工设备出现泄露时,将波纹管拆下来进行测量,发现波纹管的组件高度会缩减2mm~3mm。机械密封性能失效的直接原因是零件发生永久变形或者应力松弛,或者密封接触面上发生晶体沉淀。从作用原理上看,出现这种现象的主要原因是温度和荷载的共同作用。因为在高温下,机械密封零件的材料性能会变差。再加上荷载作用比较大,极容易导致机械密封零件的破坏。破坏的可能性,会随着温度和荷载的增加而升高。
        2.2密封垫片发生损坏
        密封垫片属于机械密封的辅助结构。这一辅助结构对于机械密封性能的影响很大,尤其是动环和静环的密封垫片。机械密封性能失效的另一个主要原因,就是动环和静环的密封垫片的损坏。一方面,密封垫片发生损坏可能是由于安装操作不规范。在安装过程中,由于操作不符合规范或者操作错误,会导致密封垫片发生破坏。虽然密封垫片在不当安装后,不会立刻在运行中发生损坏,但是随着时间的推移,安装不规范的弊端会逐渐显现出来。例如,在轴套的锥形铝垫的安装过程中,由于安装工人操作不规范或者缺乏经验,容易造成锥形铝垫的螺栓受力不够均匀,从而使得锥形铝垫发生变形,与轴紧密贴合在一起。另一方面,密封垫片发生损坏可能是由于材料性能变差。例如,长期在较高温度的环境下工作,容易造成材料老化的现象。老化会加速密封垫片的损坏。
        2.3磨损情况严重
        石墨环的过度磨损,可能引起严重的化工设备泄露情况。为确保机械密封正常发挥作用,机械密封零件的直径,需要根据所收到的压力大小进行调整。机械密封零件的有效直径,关系到机械密封的比压的变化。当机械密封零件收到较大的外部压力作用时,零件的有效直径会由于压力作用而变小。相反的,当机械密封零件受到较大的内部压力作用时,零件的有效直径的变化呈现正向效应,会随着压力的增大而扩大。随着零件有效直径的不断增大,摩擦副之间的摩擦也会增大。在长期较大摩擦力的作用下,石墨环会发生严重的磨损,从而导致机械密封性能失效。
        3防止化工设备机械密封性能失效的策略建议
        3.1选择高性能的材料制作的零件
        由于化工设备的工作环境通常比较恶劣,例如高温、高压或者强腐蚀条件。恶劣条件对于机械密封零件的使用寿命有很大的损害。在化工设备长时间运行时,极容易出现“失弹”的现象。因此,机械密封零件应当选用高性能材料制作的零件。这种零件的刚度和弹性较好,同时具有较好的抗老化性能。好的材料具有更高的承受能力,能够确保机械密封的可靠性,保障化工设备的安全运行,避免出现泄露的可能性。
        3.2提高密封垫片的安装技能
        在安装密封垫片之前,应当认真清理垫片表面和密封接触面,确保安装接触面洁净平整。在安装接触面上,要尽量避免出现划痕或者斑点等缺陷,防止其影响机械密封的密封性。通常情况下,密封垫片的外部直径宜略小于密封接触面的外部直径,而内部直径略大于管道的直径,直径差值一般为内部直径的两倍。这一操作能够确保密封接触面受压后,密封垫片的内部不会压入管道内,防止阻碍管道中液体的流动,或者引起泄露。此外,在密封垫片在压紧时,安装人员应当合理控制预紧力,将其维持在设计值内,避免密封垫片压缩量太大,无法回弹,从而造成泄露。在安装密封垫片时,应当注意按照操作规程进行操作,压紧操作应当循环2~3次,从而使密封垫片受压均匀。
        3.3减轻机械密封零件的磨损
        减轻磨损是提高密封性能的关键策略之一。通常在机械密封的构造中,动环的中心、静环的中心轴的中心线都在一条直线上,虽然能够保证断面受到均匀的压力,但是也会使摩擦力增加,进而不断发生磨损。如果将动环或者静环中的某一个环的端面中心,做成与轴的中心线存在一定距离的偏移,就能够使动环或者静环在旋转时,不断讲润滑液带入到接触端面间,充分发挥润滑作用,减轻机械密封零件的磨损。应当注意的是,在制作过程中,动环或者静环与轴的中心距离不能太大,尤其是对于承受较高压力的机械密封。中心偏移距离过大,在化工设备的运行中,容易出现密封面受力不够均匀的现象,从而加重零件的磨损现象。此外,某些化工设备需要具有较高的运行转速。在这种情况下,为避免运行中因偏心产生较大的振动,偏心环一般选择静环。
        4结语
        通过分析,笔者分析了机械密封性能失效的主要原因,并提出针对性意见。为提高机械密封的性能,应当选择高性能的材料制作的零件,并且提高密封垫片的安装技能。此外,还需要采取措施减轻机械密封零件的磨损。这些策略对提高化工设备工作效率具有指导意义。
        参考文献
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