化工泵密封的重要性
特殊工况下的机械密封维护方案
化工厂化工装置中,机动设备的机械密封约占整个动密封数量的80%-85%。而在化工泵故障中,机械密封的故障大约占整个维修工作量的一半。可见机械密封在化工泵维修中所占的位置。由于化工泵所输送的介质千差万别,工艺条件各不相同,所以了解这些情况对机封的选择及维护很重要。下面介绍几种特殊工况下机械密封的工作特点和注意事项。
一.腐蚀环境下的机械密封:
有些机械密封处于腐蚀环境中,这时不仅要注意机封中每个零件本身的耐腐蚀性,还要防止它们组合在一起时可能产生的电耦现象。腐蚀环境中的机械密封,在选用时要注意采用耐腐蚀的材料。此外,可以采用外装式机械密封。对腐蚀性特强容易引起安全事故的,可以采用双端面密封,引入隔离液加以保护。
二.高压下的机械密封:
机械密封工作压力超过4-5MPa即属于高压密封范围。在高压条件下,由于密封端面比压值过大,引起端面发热,从而破坏液膜的形成,造成异常磨损。高压还可能使摩擦副产生变形和破裂。高压密封一般均采用平衡型结构,以使端面比压处于一个合适的范围。但考虑到密封的可靠性,平衡系数不可能无限制增大,因而有些情况尽管已经采用了平衡型结构,但端面比压仍可能较大。单靠平衡型结构很难满足使用要求,这种情况可采用多端面机封或者受控膜机械密封。
三.高速下的机械密封:
当转速超过3000r/min或者摩擦副的线速度超过25m/s时,一般可视为高速密封。在高速条件下,摩擦端面由于线速度很大,摩擦产生的热量也多,此时端面液膜不容易形成,磨损加剧。高速还容易引起旋转环的振动,并受到较大的离心力作用,不利于端面间液膜的形成和维持。所以在高速情况下,为了减小离心力和振动的影响,应尽量减少转动部件,采用弹簧静止式结构。也可以加强对摩擦副端面的冷却和润滑。另外还可选用[PV]值高的摩擦副材料,减小端面的接触宽度,或者采用受控膜机械密封。近年来,一种名为差动环式的机械密封也在高速设备中得到应用。由于在原先的动静环中间加入了一个差动环,可以将摩擦副线速度降低一半,取得了不错的效果。
四.颗粒介质下的机械密封:
有些机封可能在含固体颗粒的介质中工作,当固体颗粒进入摩擦端面时,容易产生剧烈磨损,导致密封端面很快失效。另外固体颗粒可能会使动环密封圈无法沿轴向移动,从而使动环无法浮动,失去补偿性,导致机封失效。对此比较有效的做法是加入一个外冲洗装置。由于引入密封腔的冲洗液压力密封腔介质压力,因此可以有效阻止颗粒介质进入密封腔。此外可以采用双端面机械密封,在密封腔中间加入封液。还可以采用外装式机械密封。
五.高温下的机械密封:
一般情况下,介质的温度超过120℃即认为是高温密封。此时机械密封存在的主要问题有:
1.由于摩擦副端面温度升高,导致密封端面间液膜气化,摩擦系数随之增大,磨损加剧,温升加大,密封环产生热变形或热裂而失效。
2.机械密封中的辅助密封圈材料一般为橡胶或聚四氟乙烯,由于长时间在高温环境中,容易老化和分解,造成密封失效。
3.高温下机械密封的弹性元件易产生疲劳和蠕变,使密封失效。
4.高温会加剧金属材料的腐蚀,缩短机封的使用寿命。
为机械密封在高温环境下正常工作,可以采取如下措施:
1.给机封增加冷却冲洗装置。
2.选择耐高温的材料,根据不同的工作温度选用不同的材料。丁腈橡胶温度上限为80℃,硅橡胶和氟橡胶为200℃,聚四氟乙烯为250℃。另外,机械密封中的非金属摩擦副多采用石墨浸渍材料制成,所以也要根据不同的工作温度选用不同种类的浸渍石墨。一般浸巴氏合金石墨适用温度范围小于150℃,浸树脂石墨适用温度范围为170~200℃,浸铜、铝、铅的石墨可在小于400℃的工作条件下使用。动环组件应尽可能选用膨胀系数相近的材料,以防止高温下动环和动环座的连接松动。
3.选择金属波纹管机械密封。金属波纹管密封近年来在高温密封中使用很多,并且取得了很好的效果。在该种机封中,金属波纹管取代了普通机封中的弹簧,省去了动环辅助密封圈,不需要克服动环补偿时与转轴的摩擦和磨损,因此在高温下使用,一般都能取得不错的效果。
六.低温下的机械密封:
在化工厂化工装置中,低温输送的介质一般都具有豁度小、润滑性差、容易气化的特点,而且介质在气化时大量吸热,使周围温度急剧下降,造成空气中水气的凝结,导致端面及其周围结冰,使端面贴合不严引起泄漏。同时,因润滑性差,端面摩擦产生的热量较多,若不能及时转移,必然会加剧端面处的气化,造成恶性循环,加速密封面的早期失效。另外,低温密封的辅助密封圈在低温下发硬失弹也容易导致泄漏。
对低温密封,除了选择合适的辅助密封圈材质外,还要注意以下几点:
1.改进密封结构及正确选择摩擦副材料。实践证明,在静环表面开圆弧形凹槽可形成流体动力密封,增加流体膜承载能力,改善端面润滑条件,有效延长机封工作寿命。在端面配对方面,碳化钨一M106K石墨组对(即动、静环材料)一般要优于其他材料,因为其润滑性好,摩擦系数低,导热性也比较好。
2.选择合适的端面比压。低温密封由于端面润滑性差,容易发生气化、结冰,所以在密封可靠的前提下,端面比压可适当减小。一般机械密封比压值推荐为0.29-0.59MPa,对低温密封可取其下限。对金属波纹管机械密封,由于动环没有轴向摩擦,端面比压甚至可以低于下限。
3.工艺上采取相应措施。如尽量减少介质的含水量;保持密封腔压力的相对稳定,尽可能配备冲洗冷却装置,在设备启动前,对机封部位进行适当预热等。
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