浅谈液化石油气泵的机械密封
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摘要: 根据石油化工机械密封的原理与特点,探讨石油化工机械密封尤其是液化石油气泵密封失效的危害和原因,结合工作实践与相关理论，探讨机械密封失效的改善对策和措施。
中图分类号:TE8文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)03(a)-0000-00
引言：随着环境保护和人类对健康要求的不断提高以及对化工企业安全生产的要求更加重视，对石油化工类机械密封防止泄漏要求也不断提高。如何保证使用的机械密封设备长久良好的运行，是我们在平时工作中需要很好探讨和研究的一个重要方面，例如液化石油气泵的密封运行状况良好有效，才能保证生产装置安全平稳运行和操作者的健康安全。
1 液化石油
1.1液化石油气
液化石油气是炼厂气、天然气中的轻质烃类，在常温、常压下呈气体状态，在加压和低温的条件下为液体状态，它的主要成分是丙烷和丁烷。液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料，由于其热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用方便，已广泛地进入人们的生活领域。液化石油气是一种易燃物质，空气中含量达到一定浓度范围（1.7%～10%）时，遇到明火即会发生爆炸。
1.2液化石油气泵的密封
液化石油气泵是专门用于抽吸、输送液态的液化石油气并提高液体压力，将机械能转为液体能的一种机械设备。它是炼油厂、石油化工厂、液化石油气储配站、气化站等不可缺少的回转设备之一。液化石油气泵的密封失效和泄露一直是影响企业安全生产的需要解决的难题之一。
因此在炼油、化工及诸多行业的生产中，像液化石油气泵这样的机械设备的密封技术越来越多被人们所重视。由于机械设备的泄漏不仅造成原料、产品和能源的浪费，同时也污染了环境，并给安全生产带来了危害，因此密封技术在众多科学研究领域中得到了较快的研究开发和利用，一些先进的密封技术正逐渐地取代了较落后的密封技术。当今的机械转动设备中所使用的密封种类繁多，其密封形式也各式各样，如：一些填料密封现在还应用于往复机泵上，在透平调节阀、抽汽阀及速关阀拉杆还使用一些金属填料或耐高温高压的软填料；还有一些工矿条件较差，要求不高的工矿企业，填料密封仍在续继应用。在现代化炼油化工生产中，机械密封的应用相对来说比较广泛，单弹簧、多弹簧、蝶簧、磁力密封及金属波纹管机械密封、浮环密封、疏齿密封及干气密封在不同的工矿条件下被广泛应用。
2 机械密封
2.1机械密封的概念
机械密封是一种用于旋转流体机械的轴封装置。它用于离心泵、反应釜、压缩机等设备，由于轴和设备腔体间存在一个圆周间隙，设备介质从中泄漏，因此必须设置一道阻漏装置将泄露介质密封隔离。因为机械密封具有泄漏少、寿命长等优点，成为了主要的轴密封方式，也被称为端面密封。
在国家有关标准中对机械密封的定义是：由至少一对垂直于旋转轴线的端面组成，在流体压力及补偿机构弹力(或磁力)共同作用下，以及辅助密封圈的配合下， 该对端面保持贴合并相对滑动，而构成的防止流体泄漏的装置称为机械密封。
2.2 机械密封的组成及工作原理：
（1）机械密封的组成
1）密封端面：
由动环、静环摩擦副构成。
2）缓冲补偿机构：
由弹性元件(圆柱弹簧、圆锥弹簧、波片弹簧、波纹管等)构成。
3）辅助密封圈：
包括动环密封圈、静环密封圈等，密封圈有各种形式：如O型圈、V型圈、楔形圈等。
4）4个密封点（也称泄漏点，如图1-1所示）：
泄漏点1—摩擦端面泄漏点，依靠弹力和介质压力保持贴和（动密封点，两个摩擦副之间有相对转动）；
泄漏点2—补偿环密封圈，静密封点，密封圈与轴或轴套之间有微动；
泄漏点3—非补偿环密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止；
泄漏点4—压盖与腔体间的密封圈，静密封点，密封圈与相配合件之间相对静止。
（2）传动关系
轴或轴套──紧固螺钉5──弹簧座4──弹簧3──补偿环1──压盖──防转销8──非补偿环6，经过动力传递起到机械密封的作用。
（3）密封原理
两个主要密封元件（动、静环）表面光洁，垂直于轴线，紧密贴合，通过一系列零件将径向密封转化为轴向密封，在弹簧和介质压力共同作用下，对由于设备运行所造成的轴向磨损可以及时补偿，使轴向密封面始终保持贴合。（对于负压机泵，密封的作用是防止外界空气时入机泵内；对于高于正压（大气压）的机泵，密封的作用是防止机泵内介质向外泄漏）。
3 原因分析
3.1机械密封常见失效的原因分析
（1）摩擦热造成的失效
由于化工类机械本身的工作特点，动环和静环端面的相互摩擦，将不断产生摩擦热，使摩擦副内温度升高，给机械造成以下的影响：
1）摩擦副内液膜蒸发、汽化造成干摩擦；
2) 摩擦副内液膜粘度下降，情况差；
3）摩擦副介质蒸汽压增加，从而产生泄漏；
4）加速介质的腐蚀作用；
5）辅助密封圈老化，失去弹性，甚至分解；
6）动、静环产生变形。
（2）静环密封失效
静环密封点泄漏多数是由于密封圈的缺陷造成，如密封圈尺寸误差太大或本身有伤、老化变质等。只要设计结构和材料选择正确，密封圈做过仔细检查，并且做到仔细安装静环密封是可以保证质量的。
（3）动环密封失效
理论上影响动环密封效果的主要有以下几方面：
1）介质影响：介质压力越高泄漏量会越大，粘度低的介质较粘度高的介质更易泄漏，带颗粒和易结垢的介质比干净稳定的介质更易泄漏；
2）轴的影响：一般来说，轴越粗则密封面越宽，即对垂直偏差越敏感，故越易泄漏；轴在运转中越易摆振，则越易泄漏；转速越高越易泄漏；
3）密封结构：最重要的是密封的浮动性，浮动性最好的波纹管密封效果最好，用四氟塑料密封圈效果较差；
4）密封端面在制造和安装中以端面平直度与转轴轴线的垂直度指标最为重要。
（4）密封振动偏大
化工机械密封振动偏大，最终导致失去密封效果。但化工机械密封振动偏大的原因往往不是化工机械密封本身的原因，泵的其它零部件设计安装不合理是产生振动的根源，如泵轴设计不合理、加工质量的原因、轴承精度不够、联轴器的平行度差、径向力大、出现气蚀现象等原因都会造成机械密封振动偏大。
（5）腐蚀引起的密封失效
1）密封面点蚀，甚至穿透；
2）由于碳化钨环与不锈钢座等焊接的问题，在使用中不锈钢座易产生晶间腐蚀；
3）焊接金属波纹管、弹簧等在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂。
（6）高温效应产生的密封失效
1）热裂是高温油泵，如油渣泵、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，都会导致环面出现径向裂纹；
2）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；
3）辅助密封件（如氟橡胶、乙丙橡胶、全橡胶）在超过许用温度后，将会迅速老化、龟裂、变硬失去弹性。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。而且易发生脆裂，安装时容易损坏。
3.2液化石油气泵密封失效的原因分析与应对措施
因为液化石油气具有低沸点、低粘度、高蒸汽压等特点。在这种工况下应用的机械密封，会使密封材料出现冷脆性，大气中的水汽会在密封装置的大气侧面上冻结，摩擦副端面液膜容易汽化等。尤其是当介质稍有泄露，泄露出的液态烃在大气侧立即汽化，带走大量热，机械密封环境急剧下降，使用一般的密封材料，如橡胶或聚四氯乙烯普遍变脆，导致密封失效，泄露量增大而造成损坏和严重后果。
有些化工企业采用双端面机械密封，在介质和大气端设置一个隔离室，其中通以封油以缓和低温的影响。但这种结构复杂且需配封液系统，安装维护较复杂。根据经验，使用波纹管机械密封效果比较好，主要表现在用金属波纹管和柔性石墨代替辅助密封圈，解决了密封材料发生冷脆而失去弹性及缓冲作用的问题。
（1）金属波纹管材料选用耐低温、塑性及韧性好的材质；
（2）摩擦副材料在两种特殊情况下选用：
1）对连续运转的设备，介质内若含较多的固体颗粒，此时选用“硬对硬”结构保证连续运转的寿命；
2）对间歇性的运转设备，摩擦副选用碳化钨或碳化硅对特种石墨。
（3）由于在低温条件下，摩擦副端面的汽化对机械密封性能影响很大，除选取较合适的材料外，合理选用端面比压（主要是波纹管的压缩量，一般比通常使用中所给的压缩量大15%～30%为宜），在机械密封元件近大气侧通入25℃左右的冷却水，以改善摩擦副环境。
3.3提高机械密封效果的措施
（1）消除摩擦热的影响
为了消除摩擦热的影响，保证密封正常工作，延长使用寿命，必须采取适应化工机械不同介质条件的冷却方法，使端面间有液膜存在起到作用，这是化工机械能正常工作的基本条件。介质内含有悬浮颗粒及杂质的化工机械，由于固体颗粒进入摩擦副，使动静环剧烈磨损、静环密封圈失去浮动、弹簧失去弹性造成密封失效，因此采取净化后的清洁液体或蒸汽对摩擦副进行冲洗或采取过滤的办法将介质中的颗粒及杂质除去，以保证化工机械正常运转。
（2）提高安装精度
实践表明,通过预防随机干扰和改变环境来达到可靠密封,消除了随机的密封失效,而密封件和设备的安装差错就成了密封失效的主要原因。目前所用密封已足以保证泵在检修间隔期内的正常运行,但是安装误差和对中不良造成的振动和轴与壳体不合理的相对运动对泵和密封都是有害的,因此为了减少轴的振动和保证化工机械的寿命,必须保证安装过程的准确细致。正确的装配公差、轴(轴套)有合适的表面粗糙度和正确的尺寸、仔细测量、认真记录设备安装全过程是实现过程控制的有效保证。
（3）保证平稳运行
保证装置设备运行稳定，即很少有停车、启动和运行条件改变的情况的发生。正常的操作程序为泵的运转提供了良好运行的环境，化工机械减少了在恶劣的动态工况下的损坏以及突然停车造成的瞬间破坏的可能，因而密封寿命将大大增长。
（4）保证连续冲洗的质量。
冲洗包括工作介质的自冲洗和相对洁净的工艺液冲洗。冲洗介质不符合设计要求是造成化工机械泄漏的重要原因之一。一方面要通过有针对性的检查、调整，使冲洗介质的压力、流量、温度都符合设计要求；另一方面通过定期清理冲洗液过滤器及合理增加冲洗管道上的止逆阀，从根本上避免了冲洗原因造成的密封损坏。
（5）设备改良与材质选用
在运行中不断总结经验,通过技术改造使机泵等设备的机械性能得以保证。 选用符合工艺指标要求的材质满足不同工作条件下的安全、有效使用。
4 结语
通过对石油化工机械密封，尤其是特殊的液化石油气泵密封失效的危害和原因的分析和探讨，可以得出结论,随着工艺操作水平的不断提高、安装质量的提高、机械设备备件材质的改进，机械密封会越来越能达到其设计使用要求和使用寿命，而其意外失效的情况也会相应减少。通过对机械密封的探讨与研究，为保证企业安全、长周期、经济、高效运转提供坚实的基础。
参考文献
[1] 顾永泉.机械密封实用技术[M].北京:机械工业出版社，2002.
[2] 胡国桢.化工密封技术[M].北京:化学工业出版社，1990.
[3] 罗志新.石油化工釜用机械密封的失效分析与对策[J].聚氯乙烯，2000.
[4] 林杰，张唏琳，阮黎祥等.机械密封及其管路系统的选用[J].《化工设备与管道》2003,2.