1金屬環腐蝕

(1)表面均勻腐蝕。如果金屬環表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產生表面腐蝕，其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護作用的特性，但金屬密封環所用材料，如不銹鋼、鈷、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。

(2)應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂，稱為應力腐蝕破裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環，容易出現應力腐蝕破裂。密封環裂紋一般是徑向發散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。

根據斷裂力學的觀念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K1=yσ1a(y—系數)。在開始時由于應力σ1小于臨界應力σc，a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導致K1的增大。當經過一段時間后a=σc及K1=K1c時，斷裂就發生了，只有當原始裂紋a足夠小，以致于K1＜K1c(應力腐蝕破裂)時，材料不會發生應力腐蝕破裂。①應力的存在。如果堆焊或加工中，殘余應力、旋轉離心力、摩擦熱應力，引起金屬環應力σ1大于a2c，應力破壞就很難避免。②材料。金屬密封環材料強度、硬度指標越高，K1c越低，材料內氣孔、夾渣、裂紋越多越長，越易發生應力腐蝕破裂。一般K1(應力腐蝕破裂)=(1/2-1/5)K1c，且隨材料強度級別的提高，K1(應力腐蝕破裂)/K1c的比值下降。③磨損。構件表面越光，應力腐蝕破裂敏感性越低。端面磨損使金屬表面鈍化膜破壞，光潔度降低，促使應力腐蝕破裂的發生。④介質。應力腐蝕破裂，只發生于一些特定的“材料—環境”體系。例如“奧氏體不銹鋼—cl”、“碳鋼—NO3”。⑤溫度。溫度越高，氫擴散越快，應力腐蝕破裂加快。密封環端面劇烈摩擦，如果端面比壓過大，表面光潔度低，冷卻不夠，表面潤滑不好，摩擦熱則加速應力腐蝕破裂的進行。

2非金屬環腐蝕

(1)石墨環的腐蝕用樹脂浸漬的不透性石墨環，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度＞180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環，使環耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。

1金屬環腐蝕

(1)表面均勻腐蝕。如果金屬環表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產生表面腐蝕，其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護作用的特性，但金屬密封環所用材料，如不銹鋼、鈷、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。

(2)應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂，稱為應力腐蝕破裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環，容易出現應力腐蝕破裂。密封環裂紋一般是徑向發散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。

根據斷裂力學的觀念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K1=yσ1a(y—系數)。在開始時由于應力σ1小于臨界應力σc，a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導致K1的增大。當經過一段時間后a=σc及K1=K1c時，斷裂就發生了，只有當原始裂紋a足夠小，以致于K1＜K1c(應力腐蝕破裂)時，材料不會發生應力腐蝕破裂。①應力的存在。如果堆焊或加工中，殘余應力、旋轉離心力、摩擦熱應力，引起金屬環應力σ1大于a2c，應力破壞就很難避免。②材料。金屬密封環材料強度、硬度指標越高，K1c越低，材料內氣孔、夾渣、裂紋越多越長，越易發生應力腐蝕破裂。一般K1(應力腐蝕破裂)=(1/2-1/5)K1c，且隨材料強度級別的提高，K1(應力腐蝕破裂)/K1c的比值下降。③磨損。構件表面越光，應力腐蝕破裂敏感性越低。端面磨損使金屬表面鈍化膜破壞，光潔度降低，促使應力腐蝕破裂的發生。④介質。應力腐蝕破裂，只發生于一些特定的“材料—環境”體系。例如“奧氏體不銹鋼—cl”、“碳鋼—NO3”。⑤溫度。溫度越高，氫擴散越快，應力腐蝕破裂加快。密封環端面劇烈摩擦，如果端面比壓過大，表面光潔度低，冷卻不夠，表面潤滑不好，摩擦熱則加速應力腐蝕破裂的進行。

2非金屬環腐蝕

(1)石墨環的腐蝕用樹脂浸漬的不透性石墨環，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度＞180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環，使環耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。

摘要：隨著當前社會的不斷發展和進步，各類化工行業也有了飛速的提升，而化工原料材質較為特殊，具有較大的毒性和腐蝕性，且具有著易燃易爆的特點，因此需要對其進行合理的控制，如果發生泄漏則會產生不可挽回的巨大經濟損失，甚至還會對周邊居民的生命安全造成威脅。這也成為化工行業發展的基礎，在當前化工行業的發展過程中，需要做好化工機械密封，在最大限度上確保國家和社會以及人民的生命財產安全。因此，本文主要針對化工機械密封故障的原因和對策進行分析。

關鍵詞：化工機械；密封；故障；對策

在現階段化工行業迅速發展的時期，工廠和各個領域都有新型的機械旋轉設施進行投入使用，也有效地促進了當前社會經濟的發展。但是，與此同時其安全管理也是非常重要的，在設施的運行過程中，需要做好有效的密封工作才可以將機械設備的輸入軸動力進行有效降低，同時降低機械能量的消耗，這種方式具有較大的優勢，在降低機械能量消耗的同時也增加了單位的產出和效率，將機械的使用年限延長，并且也降低了物料泄漏的風險。而機械密封的方式通常是端面密封，隨著當前社會不斷的發展和進步，各種新型密封技術也在不斷地涌現出來，促進了機械密封理論的多樣化和更新。

1機械密封的概念

1.1機械密封的由來及結構

機械密封也被稱為端面密封，是一種高科技機工產品，在泵、液壓傳動和相關設備的旋轉裝置密封中較為常見。而在當前科技不斷發展的時期中，各種新型密封材料和加工技術也在隨之不斷地出現，這也推動了當前機械密封和各種密封技術的持續發展。而密封理論的主要內容有密封摩擦和潤滑以及密封原理和密封動力學理論等。密封構造由雙端面密封和多斷面密封以及單彈簧和多彈簧等構造組成。

目前，在工業中對其離心泵的分類有許多種，在不同的方面有著不同的分類。例如：我們根據葉輪的樹木的不同，可以把葉輪分為單級泵和多級泵，單級泵是指在泵軸中只存在著一個葉輪，而多級泵是指的有著兩個及其以上的葉輪；在工作過程中我們也可以根據水柱之間的壓力不同，也可以把離心泵分為低壓泵、中壓泵和高壓泵；按葉輪的吸入方式的不同，我們還可以分為單側進行水式和雙側進水式泵等。盡管在工業生產中離心泵的種類有許多，但是發生泄露的主要原因一樣的，目前引起生產設備泄露的主要因素有：第一，對于密封的材料選取不當，使得離心泵的工作性能受到很到的影響；第二，內部的各個零件磨損的十分嚴重；第三，動環和靜環配合不均勻，也是導致泄露的主要原因；第四，靜環的與靜環座之間的密封不嚴。由此可見，材料的選取、摩擦的影響和零件的損壞是照成機械泄露的主要因素，我們應該從這三個方面入手，才能很好的解決工業生產中的密封問題。

機械密封材料的選擇

選擇機械密封材料時應充分考慮物料的特性，如酸堿性、腐蝕性、顆粒度、粘度、溫度、壓力等因素，根據這些因素選擇合適的摩擦副材料，減小摩擦副摩擦系數，以降低端面熱裂的可能性。摩擦副的材料應具有良好的耐磨性、耐熱沖擊性、導熱性、自潤滑性，應具有較高的機械強度和適合的硬度，因此合適的摩擦副材料是機械密封穩定運轉的前提，其次才是機械密封的結構形式，用戶可根據實際應用情況按密封手冊選取。

泄漏原因的分析與判斷

安裝靜態時的泄漏機械密封安裝后靜試，觀察泄漏量，如泄漏量較小，多為動環或靜環密封O型圈存在問題；泄漏量較大時，則表明動、靜環摩擦副存在問題。在初步觀察泄漏量、判斷泄漏部位的基礎上，手動盤車觀察，若泄漏量無明顯變化則動、靜環密封圈有問題；若泄漏量明顯變化則可判斷是摩擦副存在問題；如物料沿軸向噴射，則多為動環O型圈損壞；如物料沿徑向噴射，則多為靜環密封墊失效。

試車時發生泄漏試車時高速旋轉產生的離心力會抑制物料的泄漏，因此，試運轉時在排除軸間與端蓋密封失效后，基本都是動、靜環摩擦副損壞的緣故。其摩擦副失效的原因主要有：（1）起車時因抽空、汽蝕、憋壓、等異常情況，引起較大的軸向力，使動、靜環分離；（2）安裝機械密封時壓縮量過大，導致摩擦副嚴重收損、產生劃痕‘動環O型圈過緊，彈簧無法調整動環軸向浮動量；（4）工作介質中有顆粒物運轉中進入摩擦副端面擦傷（5）選型有誤，對端面比壓、摩擦系數選取不當，造成摩擦副損壞。

高壓晶化釜是分子篩合成工藝使用的關鍵設備，其工作狀態對后續產品質量影響至關重要。若在生產過程中出現泄漏，不僅會造成浪費、導致產品收率降低，而且釜內泄漏的有毒、易燃、易爆氣體會對裝置及周邊環境產生極大危害。釜用機械密封結構復雜，檢修費用高，中斷生產時間長，對生產影響大。要提高產品質量，降低生產成本，確保安全生產，改善工作環境，必須穩定反應釜工作狀況，延長釜用機械密封的使用壽命。湖南建長石化股份有限公司特種催化材料廠專業生產特種分子篩，生產過程中使用的晶化釜，容積1Om，密封形式均為機械密封。在生產過程中，經常發生泄漏，嚴重影響了裝置的穩定運行，且造成環境污染。晶化釜的主要技術參數見表1。晶化釜機械密封采用雙端面平衡型釜用機械密封，其小彈簧不共用，密封面直接冷卻，機封雙夾套間接冷卻，結構圖如圖l。

l常見機械密封故障現象及失效原因

1．1常見故障現象

據歷史數據統計，我公司的釜用機封平均使用壽命不到3個月，最短的只有兩周，檢修十分頻繁、檢修質量不穩定，且在機械密封檢修過程中，一次試壓合格率不高，往往需幾次裝配才能成功。機械密封的故障給裝置的正常生產帶來很大影響。經對失效的機封進行解體觀察，可發現以下幾種損壞情況。

(1)靜環密封端面磨損嚴重，厚度減少2~3mm。

(2)所有O型橡膠圈產生永久變形、磨損、熱腐蝕，失去作用。

摘要：簡要分析了機械密封在旋轉設備上的應用以及出現故障的原因分析和處理措施。

關鍵詞：機械密封；故障處理；原因分析

機械密封在旋轉設備上的應用非常廣泛，機械密封的密封效果將直接影響整機的運行，嚴重的還將出現重大安全事故。

從機械密封的內外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應采取的合理措施。

一、機械密封的原理及要求

機械密封又叫端面密封，它是一種旋轉機械的軸封裝置，指由至少一對垂直于旋轉軸線的的端面在液體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。它的主要功用將易泄漏的軸向密封改變為較難泄漏的端面密封。它廣泛應用于泵、釜、壓縮機及其他類似設備的旋轉軸的密封。

1不同條件下的機械密封技術應用

1.1高溫條件

高溫條件下的機械密封技術，若是溫度高于200攝氏度，通常橡膠等相關非金屬材料難以當作密封應用，此種應該充分考慮熱變化造成的影響，實現密封件的相應穩定性熱處理，同時針對同一結構機械密封件的熱膨脹系數而言，應該利用沖壓成型或是焊接形式的金屬波紋管結構。

1.2低溫條件

流體在低溫環境下，通常材料會出現冷脆問題，就應該綜合考慮疲勞強度和沖擊以及膨脹系數等相關要素。同時低溫還會造成襯墊種類的輔助機械密封圈出現老化，造成密封圈喪失彈性，進而導致流體外泄。一般情況下，低溫環境下的機械密封技術要綜合考慮多方面要素。首先，利用金屬波紋管取代輔助密封圈，并且在低溫環境下，選擇不銹鋼的金屬材料波紋管，不但具備優異的彈性補償，還可以消除由于多種要素引發的機械振動，從而使密封貼合維持正常運動狀態。其次，避免波紋管疲勞，在超低溫的環境下，塑性會減小，而硬度不斷增加，如果將波紋管放置在旋轉運動中，就會加快疲勞，造成機械密封的周期不斷減小，對此應該在超低溫環境下，應用靜止模式結構。最后，和大氣進行根絕，密封腔和大氣隔絕可以有效降低冷損，在一定程度上加強氣蝕性能。

2機械密封處理方法

機械密封是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。機械密封出現損壞的情況較多，常見的損壞形式主要有腐蝕損壞、熱損壞和機械損壞。其中腐蝕損壞危害性較大，由于機械密封特殊的結構形式及工作環境和條件不同，腐蝕損壞的形態也多種多樣。

1機械密封的優缺點

機械密封又稱端面密封，是旋轉軸用動密封。因機械密封性能可靠，泄露量小，使用壽命長，功耗低，毋須經常維修，且能適應于生產過程自動化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強腐蝕性介質、含固體顆粒介質等苛刻工況的密封要求，故機械密封在化工、石油化工、煉油、醫藥、國防等工業部門中以獲得廣泛的應用。

機械密封與軟填料密封比較，有如下優點：①機械密封可靠，在長周期的運行中，密封狀態很穩定，泄漏量很小，按粗略統計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；②機械密封使用壽命長，在油、水類介質中一般可達1～2年或更長時間，在化工介質中機械密封通常也能達半年以上；③摩擦功率消耗小，機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；④軸或軸套基本上不受摩損；⑤維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經常性的維修；⑥抗振性好，對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；⑦適用范圍廣，機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。但其缺點有：①機械密封結構較復雜，對制造加工要求高；②機械密封安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平；③發生偶然性事故時，機械密封處理較困難；④機械密封一次性投資高。

2機械密封的腐蝕類型

2.1金屬環腐蝕第一，表面均勻腐蝕。如果金屬環表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產生表面腐蝕，其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。第二，應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂，稱為應力腐蝕破裂，選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環，容易出現應力腐蝕破裂。密封環裂紋一般是徑向發散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。

機械密封在旋轉設備上的應用非常廣泛，機械密封的密封效果將直接影響整機的運行，嚴重的還將出現重大安全事故。

從機械密封的內外部條件的角度分析了影響密封效果的幾種因素和應采取的合理措施。

1機械密封的原理及要求

機械密封又叫端面密封，它是一種旋轉機械的軸封裝置，指由至少一對垂直于旋轉軸線的的端面在液體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。它的主要功用將易泄漏的軸向密封改變為較難泄漏的端面密封。它廣泛應用于泵、釜、壓縮機及其他類似設備的旋轉軸的密封。

機械密封通常由動環、靜環、壓緊元件和密封元件組成。其中動環隨泵軸一起旋轉，動環和靜環緊密貼合組成密封面，以防止介質泄漏。動環靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，可使泵在不運轉狀態下，也保持端面貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時彈性元件對泵的振動、沖擊起緩沖作用。機械密封在實際運行中是與泵的其它零部件一起組合起來運行的，機械密封的正常運行與它的自身性能、外部條件都有很大的關系。但是我們要首先保證自身的零件性能、輔助密封裝置和安裝的技術要求，使機械密封發揮它應有的作用。

2機械密封的故障表現及原因

集裝式盒式密封的結構及特點

我公司2000年新建的裝置，因為含有易燃、易爆的輕C4介質，所以對機泵的密封性要求較高。現在它采用的大都是機械密封，其中以集裝式盒式密封為主。所謂集裝式盒式密封就是一種把所有零件組裝成為一個部件，然后把此部件裝于軸上，擰緊螺釘即可工作的一種密封形式。密封結構如圖2所示。該結構示出其中間開口為封液的入口，雙端面和單端面比較，雙端面密封具有兩對摩擦副，有更好的可靠性，適用范圍更廣，可以完全防止被密封的介質的外漏，但結構較為復雜致造價也較高。（1）它們的動環均采用SIC（或硬質合金），具有高的強度及較高的硬度，不易變形；靜環采用的材質是石墨，具有好的耐磨性。（2）較小的端面直徑，降低了磨擦副的滑動速度和溫升。適合的端面寬度（3-6mm），既保證了端面的溫度，又保證了端面強度。（3）采用了蝶形彈簧，具有剛度高，彈力均勻，軸向位移小的特點，這樣就使得軸向尺寸減小，從而減小了泵的體積。（4）所有的密封元件通過軸套與軸結為一體，節省了材料，也削弱了軸的強度，更便于統一零件的尺寸。（5）運行中密封狀態穩定，泄漏量小，密封性能好，使用壽命長。（6）密封包括端蓋是統一整體，如有泄漏無須對泵進行全部解體檢修，只需對密封進行拆卸，整體更換即可。更換下來的密封可以拿回檢修班更換損壞的元件，這樣就節省了檢修時間，同時也為生產贏得了時間。（7）集裝式盒式密封不需要對安裝長度進行測量，且安裝簡便、快捷，同時也確保了密封安裝的清潔度。

集裝式盒式密封的輔助系統

為改善機械密封的工作環境，保證密封的正常運行，更好地控制泄漏，防止污染，集裝式盒式密封均采用了密封輔助系統，實際工作情況示于圖3。密封液的循環系統中包括封液入口、封液出口、液位開關、壓力開關等。新建精聯裝置大多數機泵都采用潤滑性能好的白油作為密封液，這一密封的輔助循環系統具有如下的作用：①封液對密封端面具有良好的潤滑作用，從而改善潤滑條件；②通過液體的循環流動，帶走密封因相互摩擦所產生的熱量，以達到降低密封的工作溫度的作用；③由于密封液壓力一般比工作介質壓力高0.05-0.15MPa，可以起到堵封工作介質防止其泄漏，尤其對有毒有害、易燃、易爆放射性的介質作用顯得尤為重要；④對于帶有固體顆粒的介質，密封液還可以防止其進入，控制了介質對密封元件的磨損；⑤對于腐蝕性介質，密封液可起到保護密封元件不受腐蝕的作用；⑥封油系統根據不同的工藝狀況，設有液位報警、壓力報警等保護設施，對密封狀態起到監控作用，是生產安全性的重要保障。

機械密封常用材料

對動、靜環材質的性能主要要求：有良好的耐磨性和較高的硬度，導熱性好、有較高的熱穩定性和化學穩定性，有較大的彈性和較好的抗沖擊性。常用材料有：硬質合金、鑄鐵、石墨及陶瓷等。應注意合理選擇機械密封動靜環材料，一般采用軟硬組合或硬硬組合。