化工机械密封故障原因及对策

周凯(玖誉(山东)科技工程有限公司，山东 淄博 255000)

0 引言

化工机械装置具体使用期间若有密封故障问题产生，势必会影响到机械运行效率以及安全。因而，积极分析化工机械发生密封故障的原因，并提出有效应对对策具有现实意义和价值。

1 机械密封

机械密封以静环、动环为主要部件，静环固定，动环则伴随着主轴旋转，平直光滑动环与静环端面，其依赖于密封介质与弹性构件之间压力，实现互相贴合及相对转动，两者端面相互间维持极薄一层液体膜，促使密封目的得以达到。机械密封优良，寿命长，在不同含磨蚀性的固体颗粒、强腐蚀性、易燃易爆、有毒、黏度等各种介质密封处理中被广泛应用，寿命一般在25 000 h左右，最低为8 000 h。技术指标层面，通常为-200～450 ℃温度、5～2 000 mm轴径、150 m/s线速度、10-6MPa真空至45 MPa高压。机械密封系统，通常被称作机械密封的辅助性系统、机械密封冲洗、管线与冷却系统等。若想确保机械密封稳定可靠地工作，不仅要合理设计密封本身、适当选用材料、良好制造安装，且需注重适宜辅助系统的选用。机械密封系统内含温度与压力控制、杂质清除、流体替代等系统。基本器件则以过滤装置、换热装置、增压罐、储罐、控制仪表、管件、管道、泄漏指示装置、循环套、循环轮、节流套、孔板、旋液分离装置等为主。增压罐，即借助自身所设压差活塞和密封介质维持压差状态，对储存隔离流体实现有效存储的一种压力容器，内设蛇管保温冷却夹套。在有需求的情况下，增压罐当中可增设磁性液位相应报警装置。安设增压罐，需注意垂直安装操作，且要比密封腔高，安设高度以0.5～1.0 m为宜；储罐是储存相应隔离流体的重要压力容器。加压时，储罐可使用气体加压，储罐内隔离流体通常是自然散热，在有需求情况下增设蛇管换热装置，使散热能力提高。储罐设液位计，在有需求情况下增设手动式补液装置；过滤装置，结构形式常见磁性或者Y形过滤装置；换热装置，一般为间壁型换热装置，设置于介质冲洗的密封系统内，换热装置具体布设可呈卧式或立式，设置在密封腔上面，以0.5～1.0 m距离为宜。

2 机械密封的系统功能分析

机械密封各辅助系统对机械密封本体的运行可以起到良好的改善作用，可有效地提升机械密封运行的可靠性，机械密封辅助系统的功能大致可归结为：冲洗功能、密封运行温度有效调节及控制功能、密封运行压力的有效调节及控制功能、除杂以及过滤功能、流体代替功能，还有正常泄漏及有害于环境微量介质有效冲洗稀释、科学转移等各项系统功能。

2 常见故障类型

2.1 机械损坏

机械损坏集中表现在以磨损、冲蚀等为主，及其余因缺乏机械强度所致的多种形式损坏。

(1)磨损。固体颗粒逐步侵入至密封面内部，磨损软密封面，固体颗粒有时会嵌入至软密封面内部，致使硬密封面会受固体颗粒的影响而产生磨损。

(2)冲蚀。密封流体致使密封元件发生冲蚀磨损。在一定程度上，密封表面冲蚀磨损仅发生在高压差、重负荷的密封当中，受高压差影响，密封表面翘曲，致使流体冲蚀密封面。

2.2 热损坏

在热损坏方面，集中表现为过热，以热裂、疤疱为主。一是，热裂现象。在较大热应力作用下，整个密封环表面极易有径向裂纹产生，出现热裂现象，在热裂情况下，密封环实际磨损程度明显增加。二是，疱疤现象。疱疤属于一种过热现象，由于非均质类型材料各组分呈不同膨胀系数，导致挤出黏结剂，促使损坏产生。如果密封面内部温度持续提升，熔化浸渍剂对摩擦起到一定不良作用，都会致使疱疤现象产生。

2.3 化学损坏

一是表面腐蚀。金属表面若与腐蚀介质接触，便会产生表面腐蚀。为避免表面发生腐蚀，便需注重耐蚀材料的合理选定。二是点蚀。包含整个密封面产生点蚀、局部产生深坑点蚀两种情况。在选定不锈钢材料时，被钝化后氧化铬保护膜局部遭到破坏的情况下，会有点蚀产生。点蚀和均匀腐蚀相比较，危害性更大；三是晶间腐蚀。虽呈较小的腐蚀几率，晶间腐蚀却会对金属内部产生深入腐蚀作用。因缺口效应，致使切断损坏现象发生。针对奥氏体的不锈钢，450～850 ℃范围易发生晶间腐蚀，晶界位置析出碳化铬，出现材料惰性丧失，最终引发了晶间腐蚀。四是应力腐蚀。应力腐蚀通常是处于高拉应力条件下产生，沟痕以及裂纹为初期表现，最后会发生完全断裂现象；五是在缝隙腐蚀层面。缝隙腐蚀属于氧浓差电池性质腐蚀现象，两个零件临近狭窄的缝隙位置最易发生缝隙腐蚀。机械密封的O形圈周边位置就极易产生这种缝隙腐蚀。因介质流动受到窄缝产生的阻碍作用影响，逐渐生成惰性的氧化物层，窄缝内部溶液由于处于供氧不足状态，与间隙外部溶液之间逐步形成浓差电池，缝隙部分便会有缝隙腐蚀产生；六是电池腐蚀。因两种金属处在电介质性溶液中存在电位差，致使在电池作用下，发生电池腐蚀现象。为了避免电池腐蚀现象发生，需尽量防止选定存在电位差的两种金属组合结构；七是汽蚀和冲蚀。汽蚀和冲蚀是因为机械因素所致，在高速运动环境下，金属材料因汽蚀产生，致使腐蚀现象发生[1]。

3 故障成因

3.1 摩擦过热

密封装置产生过热现象，极易引发更多故障问题，处于正常使用状态，机械所产生热应力过于强烈，密封环所在表面位置便会有径向的断裂现象产生，即为热裂。产生这种热烈现象后，严重影响着密封机械物理特性，致使密封性严重受损。高温环境、介质较低的润滑性、短时间较高负荷、所搭配材料如果不能与基本条件各层面因素相吻合，均会导致密封装置的关键部件有较多摩擦热量产生，密封环整个表面极易有热裂纹产生，以至于密封失效[2]。

3.2 机械磨损

密封机械若失去润滑会处于较长时间的干磨状态，这是破坏密封环正常组合关系的核心因素。机械密封动静环端面若有明显摩擦受损，转动轴则每运行到一圈后，其密封元件便会与原运行规律轨道相偏离，影响到化工设备、装置的总体密封性。

3.3 缺乏完善辅助性冲洗系统

机械密封的辅助冲洗系统属于密封装置实现清洗处理重要的辅助性系统，冲洗系统在机械密封的实际运行期间能否发挥作用较为关键。但多数化工企业并未有效发挥其辅助冲洗功能，故无法通过此系统将机械密封总体效果提升，对机械总体密封性影响相对较大，冲洗液内若有杂质或是冲洗液压力不足，密封装置便极易发生故障。故机械密封辅助冲洗系统若失效，要求技术员务必及时发现问题、迅速检查出来，好辅助冲洗整个系统，以免破坏整个密封系统。

3.4 零件失效

机械密封零件失效，属于机械密封较为常见故障，发生此类故障多数因辅助性密封圈发生失灵所致。密封圈若存在老化严重、挤出或者扭曲损伤、永久变形等相关问题或现象，则密封圈自身密封性便会失效。故具体选定O型圈时，要求技术员务必着重分析合成橡胶具体使用温度、介质条件等，选定较大截面积、较高硬度、耐受能力强的一类橡胶材质。

4 故障问题有效应对对策

4.1 合理设计优化系统装置

化工机械的密封装置若想具备优良密封特性，便务必严格根据化工企业实际生产情况以及需求予以合理优化设计，尽量选定有着良好密封特性且较长使用寿命的摩擦副材料以及O型圈，结合高低温以及腐蚀情况，合理选定所需求材料。机械运行期间，技术员应注重实践经验的累积，积极归纳总结实践经验，便于以最为可靠、有效的措施，使化工机械密封装置长时间维持良好的运行状态，发生相关故障时，也能及时发现并处理好故障问题。及时更换好密封圈、摩擦副中的破损件，对密封装置的长期运行尤为重要，对极易发生故障的密封件、零部件等，务必及时查找损伤原因，且有针对性的处理好这些问题。

4.2 正确安装以及维护机械密封

正确安装密封装置所在设备，将轴震动发生率把控好，能确保机械密封实际使用寿命得以延长。具体安设化工机械装置期间，为保证实现精准化安装操作，应精准把控好机械设备的形状位置尺寸、装配公差以及轴表面最适宜的粗糙度、圆柱度等，严格检查所有密封性的元器件的完好性以及品质，重点检查动静环密封端面；装配化工设备密封装置期间，机械密封应确保做好各部件的彻底清洁处理，以免密封端面受损现象产生，轴和轴套表面、压盖、密封圈相应配合面等所有部位，均需将润滑油均匀涂抹好，避免干摩擦现象产生；依照顺序实施规范化安装操作，后期应注重科学维护及管理，若泄漏现象骤增，务必及时予以停工检查和有效处理。

4.3 注重规范化冲洗操作

冲洗介质实际情况与标准规范不吻合，也会致使化工机械设备有密封失效问题产生，故冲洗机械装置前，务必及时检查并调整好冲洗介质，保证冲洗介质实际杂质含量、洁净程度、温度、压力、流量等均与具体标准要求相吻合，定期清洗处理好冲洗液清洗过滤系统装置，避免冲洗液内有杂质存在，以至于影响到冲洗处理质量，避免冲洗所致密封受损相关故障问题产生。

4.4 注重密封泄漏问题的分析处理

4.4.1 密封端面泄漏

密封端面泄漏集中表现为初期泄漏、密封表面粗糙、弹簧适应性较差等。一是针对初期泄漏。动静环发生变形现象，安装或者使用保管不当，零件刚性以及结构不佳，跑合不足，密封面混入杂质，动静环处表面伤痕或者动静环所在密封面处粗糙度以及平直度不达标等均会致使密封端面位置发生初期泄漏现象，对此，可对使用保管以及搬运方法予以改善，对安装受力具体情况予以细致检查；使用保管期间，注意对制造品质的细致检查；对动静环予以及时更换处理，重新实施加工研磨操作；密封表面彻底清洗净，若有需求便需予以研磨处理，且需依照着要求予以充足跑合等；二是密封表面过于粗糙。该层面问题产生的原因大部分是因润滑不够或者表面烧蚀严重，同材质组合或者混入杂质等所致。对此，应确保润滑油充足供给，且把控好润滑油品质；密封件需定期拆下彻底清洗净，及时更换缺损烧蚀材料等；三是弹簧适应性较差。弹簧腐蚀或者缺乏充足弹力、折断或者变细，存在潜在的设计层面问题，密封端面接触不良，轴密封圈呈较大阻力，密封圈所残留物质被挤出到密封面部位，垢物致使轴的密封圈无法移动或者残余变形等，这些均会致使适应性较差问题出现，以至于密封圈端面发生泄漏，引发密封故障相关问题。对此，务必及时更换处理弹簧，高度重视有效把控弹簧材料以及设计层面问题；合理调整平衡值，确保密封面呈闭合状态，改变轴密封材质以及结构、过盈量等，将摩擦阻力有效控制到最适宜范围，避免因表面附着垢物致使密封圈极易产生的滑动现象。

4.4.2 结构受损导致泄漏

一是动静环受损层面。动静环在尺寸上若与外壳、轴尺寸不吻合，硬性安装、内部有缺陷问题存在等，均会致使动静环受损。对此，需严格依照着所要求的尺寸，实施动静环的制作及应用；拆卸完成，务必严格依照着尺寸要求，予以重新安装。细致检查动静环内外部质量；二是零部件受损层面。因疲劳或者腐蚀所致折断问题往往会致使零部件受损，对此，需对零部件予以细致检查，对弹簧相关零部件予以及时更换处理，谨防此类问题发生。

4.5 实时化监控以及诊断机械装置的运行

日常工作当中，要求技术员密切观测以及检测机械装置密封性。可借助计算机相关系统设备，监测化工机械装置所规定重要部位以及特殊部位密封特性情况。伴随现代科技水平持续提升，人机结合化监测模式得以广泛运用，故化工领域当中也可注重对监测系统软件层面研发运用以及此方面专业人才的培养，便于有效诊断以及处理化工机械相关密封故障各种问题，为化工机械装置总体密封性的增强提供可靠性保障。

5 结语

综上所述，化工机械发生密封故障的原因集中表现为摩擦过热、机械磨损、缺乏完善辅助性冲洗系统、零件失效、人为误操作等各个因素层面。为更好地应对及处理该部分故障问题，需合理设计优化系统装置，正确安装以及维护机械装置，注重规范化冲洗操作，注重密封泄漏层面故障问题的针对性分析，以及处理、实时化监控以及诊断机械装置运行，以确保化工机械具备优良密封性，谨防密封故障相关问题发生。