石化装置中泵类机械密封的应用分析

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【摘要】随着近几年石化企业的迅速发展，各种石油化工装置的规模也不断扩大，应用技术也在不断科学化，对石化装置中泵类产品的机械密封要求也变得更高。笔者就对石化装置中泵类机械密封的重要性进行了分析，并对当前石油化工装置中较为常见的几种泵类机械密封进行了对比分析，以提高石油化工装置的生产安全性，从而获得长周期的经济效益。

【关键词】石化装置；机械密封；泵类机械

由于石化装置的工作介质多具有高温、高压和强腐蚀性的特点，因此，在装置的运行过程中就会受到很大破坏，影响石油化工装置的稳定运行。在石化装置中离心泵的应用最为普遍，由于轴与设备之间存在间隙，当介质通过轴缝隙时就会出现泄漏问题，所以很大企业的石化装置都采用填料密封。随着近几年对泵类机械的密封形式的改造创新，更多的泵类机械采用了机械密封的方式，以提高石化装置的生产安全性。

1.石化装置中泵类机械密封应用的意义

石化装置的工作介质多是高温、、高压、高腐蚀性的介质，在运行过程中泵类机械的轴缝隙中就会出现介质泄露的问题，对石油化工装置的安全性造成了极大的威胁。机械密封能够有效解决旋转轴与机体间的缝隙问题，将旋转轴与机体之间密封，因此，机械密封广泛应用在石油化工装置中的保障泵、反应釜、压缩机、转盘塔、搅拌器、离心机和过滤机等工艺设备，在阀门、旋转接头等设备也有广泛应用[1]。随着近几年社会环保意识的不断深化，对石化装置中泵类密封的要求也越来越高，因此，各石油化工企业需要进一步发展和应用机械密封的新理论和新技术，以提高机械密封的安全性与环保性。

2.机械密封的新材料介绍

随着近几年新材料的不断涌现与应用，机械密封的使用材料范围也在不断扩大。传统机械密封摩擦副材料的组对，通常一方是以碳石墨为基质的软质材料，另一方则是以硬质合金、陶瓷为基质的硬质材料。辅助密封圈则采用通用合成橡胶、聚四氟乙烯等作为主要材料。随着科学技术的不断发展，石化装置泵类机械密封也常会使用高性能密封圈材料、自硬质合金等新材料[2]。机械密封也出现了新型的纳米复合密封材料，这种纳米复合密封材料是在原有机械密封材料的基础上添加了熔点较低而自性能很强的纳米材料，这样便可以进一步提高泵类机械密封的严密性，因此，纳米复合密封材料的出现对机械密封具有积极意义

石化装置泵类机械密封的材料还包括SiC、ZrO2等烧结体材料，这类材料多具有硬度高、韧性好、耐热冲击性好等特点，可以很好地防止介质的泄露。除了烧结体材料，机械密封还常采用陶瓷材料，陶瓷材料的主要成分是碳化硅质材料，由于碳化硅质材料几乎不受各种酸、碱的腐蚀，可以很好地起到机械的防护作用。当前，碳化硅质新材料主要包括表面转换型碳化硅质、常压烧结型碳化硅质、反应烧结型碳化硅质等等。

3.石化装置中泵类机械较为常见的几种机械密封

3.1 103型、109型机械密封

103型、109型机械密封是内装、内流、旋转型、单端面、单弹簧传动，非平衡型和平衡型机械密封。弹簧两端的并圈可以通过过盈型式安装在弹簧座和推环上，推环以耳环式带动动环旋转。这两种类型的机械密封结构相对简单，适用于高粘度的介质。103型、109型机械密封的弹簧比压可以自由调节，弹簧也可以维持弹力，但弹簧传动具有方向性，因此弹簧内径尺寸就需要保证精确度[1]。此外，103型、109型机械密封结构没有预压缩，安装前轴向尺寸较大，这样一旦弹簧断裂，机械密封就会失效。在安装过程中，受动环和静环密封圈的材料影响，轴向压缩容易被轴的台阶反边擦伤或扭曲，因此，103型、109型机械密封在实际安装中存在很大的困难，一旦出现问题就会影响石油化工装置的安全运行。

3.2 105型、111型机械密封

105型、111型机械密封在弹簧座上采用的是传动螺钉传动，动静环的密封圈则采用O形橡胶圈或V形聚四氟乙烯圈，这两种机械密封的弹簧力分布较为均匀，并且与同轴经的各种机械密封相比轴向尺寸最小，在传动处因螺钉磨损使零件产生偏斜和弹簧比压不均匀，这两种机械密封所采用的弹簧直径较小，很容易造成机械腐蚀，这样会对石化装置的运行造成安全威胁，机械密封失效。

3.3 104型、110型机械密封

104型、110型机械密封包括内装、内流、旋转型、单端面、单弹簧、传动套传动，因此，这两种机械密封也可以分为非平衡和平衡型两种，均采用带耳环的传动套传动，传动与弹簧传动不同不具有方向性，动静环的密封圈采用方形、O形橡胶圈或V形聚四氟乙烯圈，拆卸都非常方便，在安装过程中不会出现问题。104型、110型机械密封能够进行互换，这样石化装置在运行中就会方便许多[3]。但是这两种机械密封的弹簧比压不能随意调节，很容易发生变形失去弹性，因此，104型、110型机械密封的动环浮动性相对比103、109型机械密封更差。

3.4 LMC型、LMG型机械密封

LMC型和LMG型系列的机械密封属于金属波纹管机械密封，这种组装式的波纹管密封环结构相对简单，不需要配置O形橡胶圈和V形聚四氟乙烯密封圈，这样密封端就很容易受热发生变形，在安装拆卸时更加的方便，并且金属波纹管机械密封可以高效调整压缩量，这样就能够解决弹簧机械密封在旋转时无法调节压缩量的问题。对于金属波纹管机械密封，103型、109型等机械密封的弹簧常存在弹簧方向性的问题，因此，在机械密封时通常采用耐高温、耐腐蚀的不锈钢波纹管。LMC型和LMG型系列的机械密封通常采用组装式焊接金属波纹管密封，这样可以减小密封端面的热变形，解决了高温情况下镶嵌结构合金环易松动的问题，使石化装置在运行时更加的安全稳定。

4.石化装置泵类机械密封的选用

4.1 高温条件下泵类机械密封的选用

对于高温条件下的泵类机械密封宜采用波纹管机械密封，选用不锈钢耐腐蚀的材料。这是因为波纹管的波片属于双层结构，波纹管的承载能力更强，这样可以有效避免在应用过程中波纹管失弹的问题。对于波纹管内碳化结胶的问题，可以采用蒸汽清扫的的方法，去除结胶。

4.2 低温条件下泵类机械密封的选用

在石化生产过程中常用的热交换介质的冷冻盐水，它具有低温、低默度、微腐蚀等特性，如果在这种情况下采用弹簧式机械密封，那么密封材料就会出现冷脆性，空气在密封件的大气侧面冻结，泵类机械密封就会受到影响。如果泵类机械采用双端面机械密封，介质与大气间会设有隔离室，利用密封油填补缝隙，缓和低温的影响，但是双端面机械密封的安装过程相对复杂，并且需要配备液封系统，在实际的运作过程中还会受到温度的影响[2]。因此，在低温条件下选用泵类机械密封时要格外注意温度，以及石化生产中的介质。

5.结语

为了保证石化装置中机泵机械密封的可靠性能，维持设备的稳定运行，泵类机械需要采取严密的机械密封，而信息技术与材料科学的快速发展也为机械密封提供了理论基础和设计手段，因此，石油化工企业需要进一步研发新材料与新技术应用于石化装置的泵类机械密封中，真正使化工生产装置达到稳定高效运行。

参考文献

[1]国家标准《釜用高压机械密封技术条件》于2010年元旦实施[J].化学工程，2010（01）：54-59.

[2]焦永锋.根据机械密封摩擦副磨损情况分析其故障原因[J].中国科技信息，2005（15）：27-31.