机械密封的失效原因分析

来源：化工活动家公众号
作者：JokerJohn

机械密封普遍应用于炼油、化工、化纤、化肥等行业的泵、压缩机、反应釜等旋转设备。机械密封良好的使用性能为生产装置的长周期、安全、平稳运行打下了有效的物质基础。今天给大家带来机械密封在应用过程中容易失效的原因进行了总结和分析。

机械密封的实效原因分析机械密封亦称端面密封，其至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下，加之辅助密封的配合，与另一端面保持贴合并相对滑动，从而构成防止流体泄漏。由于两个密封端面的紧密贴合，使密封端面之间的分界形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜并产生阻力，阻止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此获得长期的密封效果。

文章插图
根据机械密封的结构和工作原理以及日常的实际应用结果来看，机械密封发生失效的原因主要有以下几个方面：
【机械密封的失效原因分析】1、由于两密封端面失去润滑膜而造成的失效

因端面间载荷的存在，在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦；
介质的压力低于其饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑；
如介质为易挥发性产品，在机械密封冷却系统出现结垢或堵塞时，由于端面摩擦及旋转元件搅拌液体产生热量而使介质的饱和蒸汽压上升，也可造成介质压力低于其饱和蒸汽压的状况。

2、由于腐蚀而引起的机械密封失效

由于腐蚀介质的侵蚀作用，机械密封会发生表面腐蚀以及一些点蚀，严重时可发生腐蚀穿透；
由于碳化钨环与不锈钢座等焊接，使用中不锈钢座易发生晶间腐蚀；
焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下，往往会产生破裂。另外还有缝隙腐蚀和电化学腐蚀等，它们不是主要的原因。

3、由于高温效应而产生的机械密封失效

热裂是高温油泵，如油浆泵、回炼油泵、常减压塔底泵等最常见的失效现象。在密封面处由于干摩擦、冷却水突然中断、杂质进入密封面、抽空等情况下，都会导致环表面出现径向裂纹；
石墨炭化是使用碳-石墨环时密封失效的主要原因之一。由于在使用中，如果石墨环一旦超过许用温度(一般在-105~250℃)时，其表面会析出树脂，摩擦面附近树脂会发生炭化，当有粘结剂时，会发泡软化，使密封面泄漏增加，密封失效；
辅助密封件(如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶等)在超过许用温度后，将会使其迅速老化、龟裂、变硬失弹。现在所使用的柔性石墨耐高温、耐腐蚀性较好，但其回弹性较差。而且易脆裂，安装时容易损坏。

4、由于密封端面的磨损而造成机械密封失效

摩擦副所用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压(包括弹簧比压)过大等，都会缩短机械密封的使用寿命。对常用的材料，按耐磨性排列的次序为：碳化硅-碳石墨、硬质合金-碳石墨、陶瓷-碳石墨、喷涂陶瓷-碳石墨、氮化硅陶瓷-碳石墨、高速钢-碳石墨、堆焊硬质合金-碳石墨。
对于含有固体颗粒介质，密封面进入固体颗粒是致使密封失效的主要原因。固体颗粒进入摩擦副端面起研磨剂作用，使密封发生剧烈磨损而失效。密封端面合理的间隙，以及机械密封的平衡程度，还有密封端面液膜的闪蒸等都是造成端面打开而使固体颗粒进入的主要原因。
机械密封的平衡程度β也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度β=75%左右最适宜。β＜75%磨损量虽降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷(高PV值)的机械密封，由于端面摩擦热较大， β一般取65%~70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响， β取80%~85%为好。

5、因安装、运转或设备本身所产生的误差而造成机械密封泄露
由于安装不良，造成机械密封泄漏。主要表现在以下几方面：

动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；
动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；
动、静环表面有异物；
动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；
轴套处泄漏，密封圈未装或压紧力不够；
弹簧力不均匀，单弹簧不垂直，多弹簧长短不一；
密封腔端面与轴垂直度不够；
轴套上密封圈活动处有腐蚀点。

设备在运转中，机械密封发生泄漏的原因主要有：

设备在运转中，如泵叶轮轴向窜动量超过标准，转轴发生周期性振动及工艺操作不稳定，密封腔内压力经常变化等均会导致密封周期性泄漏；
摩擦副损伤或变形而不能跑合引起泄漏；
密封圈材料选择不当，溶胀失弹；
大弹簧旋向不对；
设备运转时振动太大；
动、静环与轴套间形成水垢后使得弹簧失弹而不能补偿密封面的磨损。
密封环发生龟裂等。

泵在停一段时间后再启动时发生泄漏，这主要是因为摩擦副附近介质的凝固、结晶，摩擦副上有水垢、弹簧锈蚀、阻塞而失弹。
泵主轴是由轴承来支撑，密封端面处的轴都有一定的挠曲变形量和转动的角度。泵在运转时，机械密封的动环实际上就变为三维运动的陀螺。也就是说机械密封实际上是处于不稳定状态。对于机械密封自平衡性能不好，或者由于结构等原因而阻碍了密封的自平衡性，这也会导致密封泄漏失效。