周凱(玖譽(yù)(山東)科技工程有限公司，山東 淄博 255000)

0 引言

化工機(jī)械裝置具體使用期間若有密封故障問題產(chǎn)生，勢必會影響到機(jī)械運(yùn)行效率以及安全。因而，積極分析化工機(jī)械發(fā)生密封故障的原因，并提出有效應(yīng)對對策具有現(xiàn)實(shí)意義和價值。

1 機(jī)械密封

機(jī)械密封以靜環(huán)、動環(huán)為主要部件，靜環(huán)固定，動環(huán)則伴隨著主軸旋轉(zhuǎn)，平直光滑動環(huán)與靜環(huán)端面，其依賴于密封介質(zhì)與彈性構(gòu)件之間壓力，實(shí)現(xiàn)互相貼合及相對轉(zhuǎn)動，兩者端面相互間維持極薄一層液體膜，促使密封目的得以達(dá)到。機(jī)械密封優(yōu)良，壽命長，在不同含磨蝕性的固體顆粒、強(qiáng)腐蝕性、易燃易爆、有毒、黏度等各種介質(zhì)密封處理中被廣泛應(yīng)用，壽命一般在25 000 h左右，最低為8 000 h。技術(shù)指標(biāo)層面，通常為-200～450 ℃溫度、5～2 000 mm軸徑、150 m/s線速度、10-6MPa真空至45 MPa高壓。機(jī)械密封系統(tǒng)，通常被稱作機(jī)械密封的輔助性系統(tǒng)、機(jī)械密封沖洗、管線與冷卻系統(tǒng)等。若想確保機(jī)械密封穩(wěn)定可靠地工作，不僅要合理設(shè)計(jì)密封本身、適當(dāng)選用材料、良好制造安裝，且需注重適宜輔助系統(tǒng)的選用。機(jī)械密封系統(tǒng)內(nèi)含溫度與壓力控制、雜質(zhì)清除、流體替代等系統(tǒng)?；酒骷t以過濾裝置、換熱裝置、增壓罐、儲罐、控制儀表、管件、管道、泄漏指示裝置、循環(huán)套、循環(huán)輪、節(jié)流套、孔板、旋液分離裝置等為主。增壓罐，即借助自身所設(shè)壓差活塞和密封介質(zhì)維持壓差狀態(tài)，對儲存隔離流體實(shí)現(xiàn)有效存儲的一種壓力容器，內(nèi)設(shè)蛇管保溫冷卻夾套。在有需求的情況下，增壓罐當(dāng)中可增設(shè)磁性液位相應(yīng)報警裝置。安設(shè)增壓罐，需注意垂直安裝操作，且要比密封腔高，安設(shè)高度以0.5～1.0 m為宜；儲罐是儲存相應(yīng)隔離流體的重要壓力容器。加壓時，儲罐可使用氣體加壓，儲罐內(nèi)隔離流體通常是自然散熱，在有需求情況下增設(shè)蛇管換熱裝置，使散熱能力提高。儲罐設(shè)液位計(jì)，在有需求情況下增設(shè)手動式補(bǔ)液裝置；過濾裝置，結(jié)構(gòu)形式常見磁性或者Y形過濾裝置；換熱裝置，一般為間壁型換熱裝置，設(shè)置于介質(zhì)沖洗的密封系統(tǒng)內(nèi)，換熱裝置具體布設(shè)可呈臥式或立式，設(shè)置在密封腔上面，以0.5～1.0 m距離為宜。

2 機(jī)械密封的系統(tǒng)功能分析

機(jī)械密封各輔助系統(tǒng)對機(jī)械密封本體的運(yùn)行可以起到良好的改善作用，可有效地提升機(jī)械密封運(yùn)行的可靠性，機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的功能大致可歸結(jié)為：沖洗功能、密封運(yùn)行溫度有效調(diào)節(jié)及控制功能、密封運(yùn)行壓力的有效調(diào)節(jié)及控制功能、除雜以及過濾功能、流體代替功能，還有正常泄漏及有害于環(huán)境微量介質(zhì)有效沖洗稀釋、科學(xué)轉(zhuǎn)移等各項(xiàng)系統(tǒng)功能。

2 常見故障類型

2.1 機(jī)械損壞

機(jī)械損壞集中表現(xiàn)在以磨損、沖蝕等為主，及其余因缺乏機(jī)械強(qiáng)度所致的多種形式損壞。

(1)磨損。固體顆粒逐步侵入至密封面內(nèi)部，磨損軟密封面，固體顆粒有時會嵌入至軟密封面內(nèi)部，致使硬密封面會受固體顆粒的影響而產(chǎn)生磨損。

(2)沖蝕。密封流體致使密封元件發(fā)生沖蝕磨損。在一定程度上，密封表面沖蝕磨損僅發(fā)生在高壓差、重負(fù)荷的密封當(dāng)中，受高壓差影響，密封表面翹曲，致使流體沖蝕密封面。

2.2 熱損壞

在熱損壞方面，集中表現(xiàn)為過熱，以熱裂、疤皰為主。一是，熱裂現(xiàn)象。在較大熱應(yīng)力作用下，整個密封環(huán)表面極易有徑向裂紋產(chǎn)生，出現(xiàn)熱裂現(xiàn)象，在熱裂情況下，密封環(huán)實(shí)際磨損程度明顯增加。二是，皰疤現(xiàn)象。皰疤屬于一種過熱現(xiàn)象，由于非均質(zhì)類型材料各組分呈不同膨脹系數(shù)，導(dǎo)致擠出黏結(jié)劑，促使損壞產(chǎn)生。如果密封面內(nèi)部溫度持續(xù)提升，熔化浸漬劑對摩擦起到一定不良作用，都會致使皰疤現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.3 化學(xué)損壞

一是表面腐蝕。金屬表面若與腐蝕介質(zhì)接觸，便會產(chǎn)生表面腐蝕。為避免表面發(fā)生腐蝕，便需注重耐蝕材料的合理選定。二是點(diǎn)蝕。包含整個密封面產(chǎn)生點(diǎn)蝕、局部產(chǎn)生深坑點(diǎn)蝕兩種情況。在選定不銹鋼材料時，被鈍化后氧化鉻保護(hù)膜局部遭到破壞的情況下，會有點(diǎn)蝕產(chǎn)生。點(diǎn)蝕和均勻腐蝕相比較，危害性更大；三是晶間腐蝕。雖呈較小的腐蝕幾率，晶間腐蝕卻會對金屬內(nèi)部產(chǎn)生深入腐蝕作用。因缺口效應(yīng)，致使切斷損壞現(xiàn)象發(fā)生。針對奧氏體的不銹鋼，450～850 ℃范圍易發(fā)生晶間腐蝕，晶界位置析出碳化鉻，出現(xiàn)材料惰性喪失，最終引發(fā)了晶間腐蝕。四是應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕通常是處于高拉應(yīng)力條件下產(chǎn)生，溝痕以及裂紋為初期表現(xiàn)，最后會發(fā)生完全斷裂現(xiàn)象；五是在縫隙腐蝕層面?？p隙腐蝕屬于氧濃差電池性質(zhì)腐蝕現(xiàn)象，兩個零件臨近狹窄的縫隙位置最易發(fā)生縫隙腐蝕。機(jī)械密封的O形圈周邊位置就極易產(chǎn)生這種縫隙腐蝕。因介質(zhì)流動受到窄縫產(chǎn)生的阻礙作用影響，逐漸生成惰性的氧化物層，窄縫內(nèi)部溶液由于處于供氧不足狀態(tài)，與間隙外部溶液之間逐步形成濃差電池，縫隙部分便會有縫隙腐蝕產(chǎn)生；六是電池腐蝕。因兩種金屬處在電介質(zhì)性溶液中存在電位差，致使在電池作用下，發(fā)生電池腐蝕現(xiàn)象。為了避免電池腐蝕現(xiàn)象發(fā)生，需盡量防止選定存在電位差的兩種金屬組合結(jié)構(gòu)；七是汽蝕和沖蝕。汽蝕和沖蝕是因?yàn)闄C(jī)械因素所致，在高速運(yùn)動環(huán)境下，金屬材料因汽蝕產(chǎn)生，致使腐蝕現(xiàn)象發(fā)生[1]。

3 故障成因

3.1 摩擦過熱

密封裝置產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，極易引發(fā)更多故障問題，處于正常使用狀態(tài)，機(jī)械所產(chǎn)生熱應(yīng)力過于強(qiáng)烈，密封環(huán)所在表面位置便會有徑向的斷裂現(xiàn)象產(chǎn)生，即為熱裂。產(chǎn)生這種熱烈現(xiàn)象后，嚴(yán)重影響著密封機(jī)械物理特性，致使密封性嚴(yán)重受損。高溫環(huán)境、介質(zhì)較低的潤滑性、短時間較高負(fù)荷、所搭配材料如果不能與基本條件各層面因素相吻合，均會導(dǎo)致密封裝置的關(guān)鍵部件有較多摩擦熱量產(chǎn)生，密封環(huán)整個表面極易有熱裂紋產(chǎn)生，以至于密封失效[2]。

3.2 機(jī)械磨損

密封機(jī)械若失去潤滑會處于較長時間的干磨狀態(tài)，這是破壞密封環(huán)正常組合關(guān)系的核心因素。機(jī)械密封動靜環(huán)端面若有明顯摩擦受損，轉(zhuǎn)動軸則每運(yùn)行到一圈后，其密封元件便會與原運(yùn)行規(guī)律軌道相偏離，影響到化工設(shè)備、裝置的總體密封性。

3.3 缺乏完善輔助性沖洗系統(tǒng)

機(jī)械密封的輔助沖洗系統(tǒng)屬于密封裝置實(shí)現(xiàn)清洗處理重要的輔助性系統(tǒng)，沖洗系統(tǒng)在機(jī)械密封的實(shí)際運(yùn)行期間能否發(fā)揮作用較為關(guān)鍵。但多數(shù)化工企業(yè)并未有效發(fā)揮其輔助沖洗功能，故無法通過此系統(tǒng)將機(jī)械密封總體效果提升，對機(jī)械總體密封性影響相對較大，沖洗液內(nèi)若有雜質(zhì)或是沖洗液壓力不足，密封裝置便極易發(fā)生故障。故機(jī)械密封輔助沖洗系統(tǒng)若失效，要求技術(shù)員務(wù)必及時發(fā)現(xiàn)問題、迅速檢查出來，好輔助沖洗整個系統(tǒng)，以免破壞整個密封系統(tǒng)。

3.4 零件失效

機(jī)械密封零件失效，屬于機(jī)械密封較為常見故障，發(fā)生此類故障多數(shù)因輔助性密封圈發(fā)生失靈所致。密封圈若存在老化嚴(yán)重、擠出或者扭曲損傷、永久變形等相關(guān)問題或現(xiàn)象，則密封圈自身密封性便會失效。故具體選定O型圈時，要求技術(shù)員務(wù)必著重分析合成橡膠具體使用溫度、介質(zhì)條件等，選定較大截面積、較高硬度、耐受能力強(qiáng)的一類橡膠材質(zhì)。

4 故障問題有效應(yīng)對對策

4.1 合理設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)裝置

化工機(jī)械的密封裝置若想具備優(yōu)良密封特性，便務(wù)必嚴(yán)格根據(jù)化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況以及需求予以合理優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量選定有著良好密封特性且較長使用壽命的摩擦副材料以及O型圈，結(jié)合高低溫以及腐蝕情況，合理選定所需求材料。機(jī)械運(yùn)行期間，技術(shù)員應(yīng)注重實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的累積，積極歸納總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，便于以最為可靠、有效的措施，使化工機(jī)械密封裝置長時間維持良好的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)生相關(guān)故障時，也能及時發(fā)現(xiàn)并處理好故障問題。及時更換好密封圈、摩擦副中的破損件，對密封裝置的長期運(yùn)行尤為重要，對極易發(fā)生故障的密封件、零部件等，務(wù)必及時查找損傷原因，且有針對性的處理好這些問題。

4.2 正確安裝以及維護(hù)機(jī)械密封

正確安裝密封裝置所在設(shè)備，將軸震動發(fā)生率把控好，能確保機(jī)械密封實(shí)際使用壽命得以延長。具體安設(shè)化工機(jī)械裝置期間，為保證實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化安裝操作，應(yīng)精準(zhǔn)把控好機(jī)械設(shè)備的形狀位置尺寸、裝配公差以及軸表面最適宜的粗糙度、圓柱度等，嚴(yán)格檢查所有密封性的元器件的完好性以及品質(zhì)，重點(diǎn)檢查動靜環(huán)密封端面；裝配化工設(shè)備密封裝置期間，機(jī)械密封應(yīng)確保做好各部件的徹底清潔處理，以免密封端面受損現(xiàn)象產(chǎn)生，軸和軸套表面、壓蓋、密封圈相應(yīng)配合面等所有部位，均需將潤滑油均勻涂抹好，避免干摩擦現(xiàn)象產(chǎn)生；依照順序?qū)嵤┮?guī)范化安裝操作，后期應(yīng)注重科學(xué)維護(hù)及管理，若泄漏現(xiàn)象驟增，務(wù)必及時予以停工檢查和有效處理。

4.3 注重規(guī)范化沖洗操作

沖洗介質(zhì)實(shí)際情況與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不吻合，也會致使化工機(jī)械設(shè)備有密封失效問題產(chǎn)生，故沖洗機(jī)械裝置前，務(wù)必及時檢查并調(diào)整好沖洗介質(zhì)，保證沖洗介質(zhì)實(shí)際雜質(zhì)含量、潔凈程度、溫度、壓力、流量等均與具體標(biāo)準(zhǔn)要求相吻合，定期清洗處理好沖洗液清洗過濾系統(tǒng)裝置，避免沖洗液內(nèi)有雜質(zhì)存在，以至于影響到?jīng)_洗處理質(zhì)量，避免沖洗所致密封受損相關(guān)故障問題產(chǎn)生。

4.4 注重密封泄漏問題的分析處理

4.4.1 密封端面泄漏

密封端面泄漏集中表現(xiàn)為初期泄漏、密封表面粗糙、彈簧適應(yīng)性較差等。一是針對初期泄漏。動靜環(huán)發(fā)生變形現(xiàn)象，安裝或者使用保管不當(dāng)，零件剛性以及結(jié)構(gòu)不佳，跑合不足，密封面混入雜質(zhì)，動靜環(huán)處表面?zhèn)刍蛘邉屿o環(huán)所在密封面處粗糙度以及平直度不達(dá)標(biāo)等均會致使密封端面位置發(fā)生初期泄漏現(xiàn)象，對此，可對使用保管以及搬運(yùn)方法予以改善，對安裝受力具體情況予以細(xì)致檢查；使用保管期間，注意對制造品質(zhì)的細(xì)致檢查；對動靜環(huán)予以及時更換處理，重新實(shí)施加工研磨操作；密封表面徹底清洗凈，若有需求便需予以研磨處理，且需依照著要求予以充足跑合等；二是密封表面過于粗糙。該層面問題產(chǎn)生的原因大部分是因潤滑不夠或者表面燒蝕嚴(yán)重，同材質(zhì)組合或者混入雜質(zhì)等所致。對此，應(yīng)確保潤滑油充足供給，且把控好潤滑油品質(zhì)；密封件需定期拆下徹底清洗凈，及時更換缺損燒蝕材料等；三是彈簧適應(yīng)性較差。彈簧腐蝕或者缺乏充足彈力、折斷或者變細(xì)，存在潛在的設(shè)計(jì)層面問題，密封端面接觸不良，軸密封圈呈較大阻力，密封圈所殘留物質(zhì)被擠出到密封面部位，垢物致使軸的密封圈無法移動或者殘余變形等，這些均會致使適應(yīng)性較差問題出現(xiàn)，以至于密封圈端面發(fā)生泄漏，引發(fā)密封故障相關(guān)問題。對此，務(wù)必及時更換處理彈簧，高度重視有效把控彈簧材料以及設(shè)計(jì)層面問題；合理調(diào)整平衡值，確保密封面呈閉合狀態(tài)，改變軸密封材質(zhì)以及結(jié)構(gòu)、過盈量等，將摩擦阻力有效控制到最適宜范圍，避免因表面附著垢物致使密封圈極易產(chǎn)生的滑動現(xiàn)象。

4.4.2 結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致泄漏

一是動靜環(huán)受損層面。動靜環(huán)在尺寸上若與外殼、軸尺寸不吻合，硬性安裝、內(nèi)部有缺陷問題存在等，均會致使動靜環(huán)受損。對此，需嚴(yán)格依照著所要求的尺寸，實(shí)施動靜環(huán)的制作及應(yīng)用；拆卸完成，務(wù)必嚴(yán)格依照著尺寸要求，予以重新安裝。細(xì)致檢查動靜環(huán)內(nèi)外部質(zhì)量；二是零部件受損層面。因疲勞或者腐蝕所致折斷問題往往會致使零部件受損，對此，需對零部件予以細(xì)致檢查，對彈簧相關(guān)零部件予以及時更換處理，謹(jǐn)防此類問題發(fā)生。

4.5 實(shí)時化監(jiān)控以及診斷機(jī)械裝置的運(yùn)行

日常工作當(dāng)中，要求技術(shù)員密切觀測以及檢測機(jī)械裝置密封性?？山柚?jì)算機(jī)相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，監(jiān)測化工機(jī)械裝置所規(guī)定重要部位以及特殊部位密封特性情況。伴隨現(xiàn)代科技水平持續(xù)提升，人機(jī)結(jié)合化監(jiān)測模式得以廣泛運(yùn)用，故化工領(lǐng)域當(dāng)中也可注重對監(jiān)測系統(tǒng)軟件層面研發(fā)運(yùn)用以及此方面專業(yè)人才的培養(yǎng)，便于有效診斷以及處理化工機(jī)械相關(guān)密封故障各種問題，為化工機(jī)械裝置總體密封性的增強(qiáng)提供可靠性保障。

5 結(jié)語

綜上所述，化工機(jī)械發(fā)生密封故障的原因集中表現(xiàn)為摩擦過熱、機(jī)械磨損、缺乏完善輔助性沖洗系統(tǒng)、零件失效、人為誤操作等各個因素層面。為更好地應(yīng)對及處理該部分故障問題，需合理設(shè)計(jì)優(yōu)化系統(tǒng)裝置，正確安裝以及維護(hù)機(jī)械裝置，注重規(guī)范化沖洗操作，注重密封泄漏層面故障問題的針對性分析，以及處理、實(shí)時化監(jiān)控以及診斷機(jī)械裝置運(yùn)行，以確?；C(jī)械具備優(yōu)良密封性，謹(jǐn)防密封故障相關(guān)問題發(fā)生。