杨凌云
四川中蓝国塑新材料科技有限公司，四川 泸州 646200
摘要：由于化工生产环境的复杂性，加上设备长时间、超负荷作业等因素，导致设备中机械密封经常出现物料泄漏、漏油、漏气等、密封圈断裂、老化、密封面磨损等各类失效问题，这给设备的密封性能及高效作业生产造成了重要影响，加强对化工设备机械密封的综合性能提升研究，已成为当前石油、化工企业提高企业生产效率的重要任务之一。为此，在分析机械密封失效类型及失效原因基础上，结合化工企业中常见的机械密封失效设备，开展了热水泵、高温油泵、轻烃泵等设备的机械密封改造设计，对提高现场的密封改进及作业安全性可起到重要指导意义。
关键词：石油和化工装置；机械密封；失效原因；改进
1机械密封特点分析
以化工中的压缩机为例，其设备结构中的大部分密封均采用机械密封方式。机械密封是指通过向沿着旋转轴方向施加垂直于密封件端面的压力，使得密封件与贴合面保持较好的贴合状态，以防止内部介质泄漏至外部环境的一种密封方式。机械密封方式较多，包括：弹簧压缩密封、端面压缩密封等，应根据不同的轴径、不同工作温度、外界压力等情况，选择相应的机密密封方式。其中，弹簧机械密封包括串联旋转、单端面静止、双端面旋转等类型，如压缩机中的机械密封则主要是以干气双端面密封为主。
2机械密封主要失效类型分析
2.1非补偿环辅助密封圈处泄漏
（1）密封圈在现场现场安装时，由于操作的失误或安装人员动作的不规范，导致密封圈出现了安装倾斜、安装不到位等问题，影响密封圈处的整体密封性能；
（2）密封圈在生产加工时，其自身的截面尺寸及表面度公差较高，且表面粗糙度相对较高，未达到密封圈的密封要求，导致与压盖进行密封时出现了较大的缝隙；
（3）密封圈自身结构质量不足，在使用时出现了结构断裂或失效现象，影响密封性；
（4）内部的防旋转销轴由于外部压力过大，加上自身结构强度的不足，导致与密封圈之间出现了较大磨损，因此出现密封圈泄漏问题。
2.2机体与压盖之间的泄漏
以压缩机为例，其设备中机体与压盖之间的泄漏主要体现在如下几点：（1）端面所采用的密封件硬度较大，压缩变形量较小，在一定外界压力作用下，无法使密封件压缩至理想状态。为此，可选用压缩变形量更大的密封件，如聚四氟乙烯材料，安装好之后，采用螺栓进行固定压紧；（2）密封件配合端面存在凹凸坑、端面缺陷、高低不平、划痕等现象，导致压缩密封后的接触部位仍有一定缝隙；
（3）密封件安装过程中，由于密封件自身材料质量较差或外部压紧力过大等因素，导致密封件被压坏或压裂等失效现象；（4）压紧盖由于自身刚度不够，在压缩密封件时出现自身结构变形，无法对密封件进行有效压紧。
2.3机体与压盖之间的泄漏
（1）机体与压盖在安装配合过程中，由于配合面较粗糙、凹凸且划痕较多，导致贴合面出现了较大缝隙；（2）密封圈与压盖由于受到较大的外界作用力，导致压盖也出现了不同程度的裂纹或局部开裂现象，出现了贴合泄漏；（3）压盖由于自身强度不够，在外界作用力下出现了结构变形，贴合面缝隙明显加大；（4）由于化工原料中夹杂着一定的腐蚀性物质，在较长的作用时间内，对密封圈构成了腐蚀，使得贴合面出现了缝隙。
3机械密封失效原因分析
结合上文分析可知，机械密封的失效类型相对较多，有自身因素及外部因素。
故对导致设备出现机械密封泄漏失效的原因进行分析。据统计，造成石油设备出现机械密封的原因包括：机械密封本身、辅助设施、工艺操作、机身封装等，其中，机械密封自身造成的失效比例最高，占63.2%，其原因为：对密封件的选型不当、结构设计不合理、摩擦严重、压缩过量等，此些因素基本是生产密封件的企业在设计、生产加工等环节造成的，针对此问题，需及时与密封件的设计生产厂家进行沟通，修改相关设计参数，在产品验收中对其进行检查。同时，工艺操作造成的失效比例也较高，占22.4%，具体包括：泵使用时出现抽空现象、石油、化工介质的密度及黏度较高、生产装配的不合理、作业的低温环境、压缩机运行时出现了较大幅度的波动等。辅助设施和机身封装的失效比例相对较低。因此，为解决使用设备机械密封问题，不仅要在产品设计的源头上进行控制，也应加大对操作人员的操作培训，加强对安装及操作质量的检查，针对机械密封出现异常或失效问题，应及时进行维修或更换操作，以此达到提高设备整体密封性及使用寿命的目的。
4机械密封的改进设计
4.1热水泵的机械密封改造设计
热水泵中机械密封件在使用中经常出现泄漏问题，使用寿命大部分仅有1年左右，在后期维修及零件购买方面成本相对较高。由此，通过对热水泵密封结构的分析和多种耐压性能的测试，选择了密封件进行机械密封，包括了静环和动环两种结构，属于平衡型机械密封。其中，静环的材质属于钴基硬质合金YG6材质；动环则采用了浸锑石墨，并在动环的一端开设了流体动压槽，可保证在动环与静环的密封接触处能形成稳定的液膜，保证整个热水泵具有较好的机械密封性能。
4.2高温油泵机械密封改造设计
高温油泵由于作业过程中存在较高温度及较大工作压力，导致密封件的使用寿命大大降低，运行一段时间后出现机械密封泄漏及火灾事故等问题，因此，有必要对该设备中的机械密封进行改造设计。通过查阅API682标准，选用了YTS-1的干式结构加焊接金属波纹管方式进行机械密封，在使用时通过注入0.3MPa以下的低压饱和蒸汽进行干式密封。在完成高温油泵机械密封改造后，对其进行了现场应用测试，根据实际运行情况看，整个密封结构的耐高温和耐高压性能得到明显改善，使用寿命同比延长了2倍，可达到一年半以上，在测试的一年多时间，未出现机械密封泄漏的任何征兆，说明改造后的机械密封性能可靠性明显增强，达到了预期效果。
4.3轻烃泵机械密封改造设计
轻烃泵原有的密封方式主要采用单端面多弹簧式机械密封，虽具有较低的结构密封成本，结构也相对简单，但在使用过程中存在无法实时监控及配套的应急处理措施，密封件时常出现自身失效等问题，最终导致轻烃泵出现了密封泄漏问题，严重影响化工过程的安全性。在机械密封监控方面，采用一级和二级串联方式进行，当一级失效后，可启动二级密封功能，以此提高结构的安全等级。通过对改造后的机械密封效果进行应用测试得知，改造后的密封结构运行良好，密封处的安全无泄漏使用寿命由原来的1年左右提高到了2年以上，通过两级密封和泄漏报警后，整个设备的密封安全性和自动化程度得到显著提高，达到了预期效果，验证了改造后机械密封的可行性。
5结束语
保证化工设备具有较好的机械密封性能，对保证设备安全、高效运行，降低事故率起着至关重要的作用。针对每个关键部位的密封问题，进行有针对性的分析，找到导致其失效的原因和风险点，在设计及加工环节，严格把控密封件的生产精度及零件品质，设备运行环节，加大对机械密封处的定期巡检及疑似泄漏点的排查等，均是提高机械密封性能及运行周期的关键。为此，分析了机械密封的特点、主要失效类型及失效原因，结合化工常见设备，开展了热水泵、高温油泵、轻烃泵等设备的机械密封改造设计，经过实际应用，验证了改造后的设备具有更高的机械密封性能，在延长密封处使用寿命、降低使用成本等方面成效明显，达到了预期效果，具有重要的实际应用及指导价值。
参考文献
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