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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆例如，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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[2]马林飞，白彩盛，熊左桥. 接触式机械密封基本性能研究进展[J]. 内燃机与配件，2018，(14):128-129.
论文作者:宋瑞冬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/28
标签：机械论文; 化工设备论文; 垫片论文; 零件论文; 性能论文; 磨损论文; 直径论文; 《电力设备》2018年第29期论文;