双端面机械密封失效原因及解决措施分析

双端面机械密封失效原因及解决措施分析

来小龙 朱亮 刘鹏鹏

新疆圣雄氯碱有限公司 新疆 吐鲁番 830010

摘要：双端面机械密封包括两级密封，如果一级失效，第二级依然可以密封。在使用的过程中需要外供密封液，从而对密封腔进行密封，并且还具有冷却与润滑等作用，能够循环利用。通过引入密封液，能够对机械密封的应用条件进行改善，并对摩擦副进行冲洗，同时密封液还具备检测密封面是否失效的能力。本文通过对双端面机械密封的结构进行分析，探究密封失效的原因，针对失效原因提出具体的解决措施，对双端面机械密封的应用提供参考。

关键词：机械密封；双端面；失效原因；解决措施

引言

随着目前技术的不断发展以及化工行业的实际需求，对机械密封的要求也越来越高，不但要具有良好的密封性，同时还需要具有稳定的可靠性。单端面的机械密封能够满足一般工况下的离心泵稳定运行的要求，但对于高温、高压、高速以及高危险介质等特殊工况，更多的是选择采用双端面机械密封。尽管结构相对复杂，但由于双端面机械密封的效果更好，因此对于某些特殊的工况必须采用双端面机械密封。

1、典型双端面机械密封的结构

典型的双端面机械密封结构，主机械使用的是正冲洗的方式，从泵的出口引入清洗液完成主机械密封装置的清洗，清洗完成后的清洗液流入到泵中，并带走泵叶轮处的热量。对于化工行业，一旦相关原料出现泄漏，将会带来十分严重的后果，因此在氯碱等化工行业相关设备的密封采用的都是双端面机械密封。双端面机械密封包括介质侧密封和大气侧密封，根据实际的使用条件，对介质侧以及大气侧密封的结构以及材料进行不同的配置。通常机械密封主要由静环、动环、金属零件、加载零件以及辅助密封圈组成。其中双端面机械密封的结构如图1。

图1双端面机械密封结构图

2、机械密封失效原因

在实际工作中通过实践，积累经验，总结出了以下四条机械密封失效的原因。

2.1离心泵在不良工况下运行造成的机械密封失效

如果机泵在运行过程中发生工艺指标波动，造成机泵的汽蚀问题，从而使得振动增加，并且因为出口压力不足会导致冲洗液的流量迅速下降，主密封通过泵出口能够引入冲洗液，对机械密封进行冲洗，从而能够将摩擦副所产生的热量转移。但当泵汽蚀时，摩擦副所产生的的大量热量不能够带走，因此会导致静环与动环的温度急剧上升，最接近摩擦副的零件是静环密封圈，由于静环使用的材料是碳化硅，导热性极差，因此当温度高于橡胶材料所能承受的极限温度之后，密封圈就会发生碳化、龟裂等现象，密封失效，导致主机械密封的静密封点出现泄漏。由于机泵的汽蚀，机泵振动强度的增加，使机械密封零件变得更加容易损坏，所以当机泵发生汽蚀现象之后，现场巡检工应及时进行现场检查处理，微机工则需要进行相应调整，保证生产系统的稳定性。

2.2机械密封端面失去润滑液而造成的失效

在机械密封中，若密封液为水，根据水的特性，比热容大，导热性较好，不易汽化等特点，使水作为密封液流动并冲洗摩擦副，从而将摩擦副所产生的热量带走。不过当环境温度较高时，尤其是夏季，机封水罐的温度较高，导致摩擦副产生的热量越聚越多，使得密封腔内温度较高，如果长时间处于这种状态，会使密封圈出现老化、密封面磨损等问题，从而导致机械密封失效，出现泄漏。在夏季时避免机械摩擦副端面的温度会高于水的汽化温度，从而会导致副机械密封的端面不能够保持稳定的闭合状态，会产生比较尖锐的声音。因此，在巡检的过程中必须要对机封水封罐的液位高度进行检查，如果不足应及时补充液位。由于密封液不足导致密封圈老化、机封面磨损的过程十分短暂，虽然不会立即发生泄漏，但机械密封的使用寿命已经明显缩短。

2.3密封端面磨损造成的机械密封失效

密封端面磨损在主密封中，当密封液不足或者压力低，摩擦副由于缺少密封液的冲洗，进而会导致端面出现干磨的现象；在二级密封中，因为不能保证密封液供给的连续性进而会导致摩擦副出现干磨的现象。此外，如果密封液含杂质，导致密封液的质量存在问题，也会导致机械密封失效。

2.4机封结构造成的机械密封失效

通过对实际使用情况进行分析，发现由于机封结构的缺陷导致机械密封出现问题的占比非常大。此外，在使用时虽然有时机械密封没有失效，但由于机械密封弹簧压缩量过大等问题，导致机封位置会出现尖锐的噪声，机封密封面磨损，导致泄漏。

3、解决措施

3.1机封水罐液位计加装报警和联锁

机泵在密封液不足的情况下运行，从而不能够起到密封、散热等作用，导致机封的位置温度不断升高，密封效果下降，进而导致机械密封失效。如果使用采机封水罐液位加装报警及联锁，并且制定完善的巡检制度，确保机封水罐的液位始终保持在50%以上，保证机封的润滑效果，延长其使用寿命，此外需要定期清理机封水泵出口过滤器，去除机封水系统中的杂质，使机械密封端面的磨损情况能够有所缓解。

3.2改造双端面机械密封结构

通过对使用双端面机械密封离心泵进行拆卸，发现导致机封出现故障的主要原因是设计问题。由于设计存在缺陷，摩擦热无法及时转移，导致密封腔内的密封液气化，不能及时散热，影响密封液的正常循环，使摩擦副端面的温度不断升高，难以形成有效的润滑膜，导致摩擦副端面磨损以及密封圈的碳化情况比较严重，进而使机封效果失效的概率增加。为了解决这种问题，可以在副密封摩擦副的外圈安装导流管，并且将密封液出口的孔径适当扩大，从而能够转移更多的热量，确保密封液能够与摩擦副之间形成液态膜。此外，改造后的密封结构还设置了导流套，从而能够增大循环量，加快散热速度。

4、总结

双端面机械密封在化工行业有着十分重要的应用，为了保证双端面机械密封的密封效果，本文介绍了双端面机械密封的机构，对导致机封失效的原因进行了具体分析，针对具体问题提出了相应的解决措施，对双端面机械密封在氯碱等化工行业的应用的有一定帮助。

参考文献

[1]张磊,刘艳英,王创,张金光,黄智勇.双端面机械密封失效原因及解决措施[J].乙烯工业,2011,23(01):35-38+67-68.

[2]闫宝秋,张兵,文明基,戴金辉.高工况条件下双端面机械密封失效分析及改造[J].石油化工设备,2016,45(03):92-96.