摘要：对机械密封的失效原因进行总结和分析，并提出了一些有效的解决办法，对机械密封失效有一定的帮助。
关键词：机械密封 失效原因 失效分析 措施
机械密封是由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力的作用及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成避免流体泄露的装置。机械密封在石油和化工企业使用非常广泛，由于其具备很好的密封性和稳定的性能，而且泄漏量较少，摩擦功耗低，使用周期长，对轴(或轴套)磨损很小，能满足多种工况要求等特点而被广泛使用。但是其密封结构复杂，使用条件苛刻，价格高及维修技术高等特点，特别是机械密封工艺条件温度、压力等工艺参数的影响直接关系到设备机械密封的性能和使用寿命，因此，找出机械密封失效原因及改进措施是保证企业安全生产，提高设备使用寿命的重要任务。
1 机械密封失效常见的现象
1.1 工作时发生尖叫
这是因为密封端面润滑效果不佳，应安装旁路冲洗管路，加大管径和相应的节流装置的尺寸。
1.2 密封在工作时发生爆鸣
密封介质闪蒸或汽化，需要使密封腔压力提高，但不超出一定的范围，对密封设计做出改进，使介质温差下降，加装旁路冲洗管路，置换较大的管径及相关的节流元件；加强密封端面的冷却，对密封平衡设计进行分析，密封腔内的介质压力、温度和压力的测量必须精准无误。
1.3 石磨粉聚集在密封面外侧
这是由于密封面的润滑度不够，密封端面间的液膜闪蒸或汽化，导致物质残留，损坏石墨环。所以，要对润滑状态进行改进，以免产生汽化现象。
1.4 密封泄露
因为密封介质汽化或闪蒸密封端面，首先要找出泄漏源，断面密封性能不好可能会导致端面不平、破碎甚至爆破，或产生裂纹，出现机械变形或热变形；密封零件结构不好或强度不符合要求而出现变形；由于材料或加工等导致的残余变形；在安装过程中零件不均匀受力等，需对安装尺寸进行检查，确保材料及密封性能符合使用要求，压紧密封垫，螺栓力矩不宜过大以免密封座发生变形，确保安装过程中不会出现损伤，也可将其置换；填料腔装配面及其相关元件和轴线之间的垂直度要符合要求，管道和设备安装误差。辅助密封安装过程中可能出现擦伤或压伤；介质从轴套间隙中漏出，0型圈老化；密封压缩屈服变形，化学腐蚀，对密封槽及导角进行检查，以保证其正常运作，起动设备前应将密封端面重新研磨以保证密封面的光滑平整。
2 机械密封失效原因分析
2.1 腐蚀
2.1.1 表面腐蚀。腐蚀介质会腐蚀机械密封件表面，甚至会导致腐蚀穿透。
2.1.2 点腐蚀。区域性或大面积的点蚀一般会出现在弹簧套上，严重时将造成穿孔。局部腐蚀往往不会过多影响到密封性能，但如果进行大修就必须更换。
2.1.3 应力腐蚀破裂。金属焊接管道、弹簧及轴承等如果受到介质腐蚀及应力的共同影响就会破裂。
2.1.4 间隙腐蚀。因介质浓度之差而导致缝隙泄露而长生腐蚀。
2.1.5 电化学腐蚀。密封中使用的金属因工作环境的介质而发生电化学反应，导致密封失效。
2.1.6 晶间腐蚀。碳化钨环不锈钢环座以铜焊连接，使用中不锈钢座易发生晶间腐蚀，为克服敏化的影响，不锈钢应进行固溶处理。图2所示为带波纹管的动环采用有填充剂的聚四氟乙烯，静环为陶瓷，此装置对大部分腐蚀介质都适用。
2.2 高温
若密封腔里的温度达到150℃，则机械密封将产生一些问题：①配对使用的密封环摩擦副发生热裂及热变形能加快材料磨损及腐蚀，进而失去应有的作用。②密封圈在超出须用温度时会发生高温老化、变硬、龟裂等现象是之失效。③对与碳-石墨形式的密封环可能造成炭化从而产生泄露密封失效。④对于有弹簧的装置可能使其高温失弹。⑤运转中产生的摩擦热使局部发生温度变化，如果没有合理的冲洗冷却控制会使机密件发生失效。
2.3 摩擦
摩擦副使用的材料耐磨性差、摩擦系数大、端面比压过大，当密封面进入固体颗粒杂质时使摩擦面磨损，端面间液膜难以形成和维持，造成密封失效。
2.4 压力
2.4.1 高压及压力波动破坏机械密封性能
如果密封腔内压力超出一定范围，会加大密封端面比压，不利于液膜的形成，端面也会出现严重的磨损，发热量也变多，密封零件也会因此发生变形。高压条件下的机密应采取方法使端面受力合理，减少变形；加强冷却和润滑措施；使用平衡型机密和较小的载荷系数；采用多端面密封结构等。
如果工作压力发生波动，就会对密封零件的弹性变形量及密封效果产生影响。泄露量会随着压力的变大而出现相应的变化，应选用WC对WC摩擦副等措施降低压力波动的影响。
2.4.2 真空状态造成失效
真空会引起密封干摩擦、漏气等现象。实践证明，半湿摩擦时，摩擦系数通常是百分之几，而半干摩擦和干摩擦时则为十分之几。
2.4.3 即干摩擦释放的热量为润滑时的十几倍甚至更多，从而加剧了密封件的磨损。由于表面受到损坏，表面温度升高，加上材料机械性能的变化，使磨损剧烈程增大，磨损速度增快，造成密封环热裂或烧损，最终导致设备不能正常工作。为解决此问题，应采用双端面继续密封，注入封液保证润滑和提高密封性能，变气相密封为液相密封。
2.5 密封形式或密封材料与密封工况不相适应
如果采用了不合理的密封材料，也达不到良好的密封效果。当采用了机械密封用于腐蚀性介质时，因密封件经受化学和电化学腐蚀，其摩擦副的选材要耐磨、耐腐蚀，如果介质为强腐蚀性的，采用聚四氟乙烯波纹管为宜；如果是高压介质，往往采用的装置设备应为多端面串联式的或双端面平衡型结构，若处在高温条件下，则需要对零件进行稳定性热处理，而且所有零件的选材最好为膨胀系数近似的，高速旋转设备用的机械密封，转动零件不宜过多。
2.6 安装、运转时失效分析
因为安装不合理而导致机械密封出现泄露问题，其原因包括以下几点：
①动、静环接触表面不平，安装过程中损坏或碰伤。
②动、静环密封圈尺寸不合理，而且未压紧或出现损坏。
③动、静环表面存在异物。
④动、静环V形密封圈方向装反，或在安装过程中反边。
⑤密封腔端面与轴垂直不够。
⑥静环压紧不均匀。
⑦没有将紧固螺钉拧紧，弹簧座后退。
⑧轴套处存在泄露问题，密封圈未压紧或根本没有安装，轴套上密封圈活动处存在腐蚀现象。
由上述分析得知，诸多因素都会导致机械密封失效，某公司采用机械密封的运转设备共84台，1998～2000年引起机械密封失效的各中原因的出现频率见下表：
3 其他原因造成的失效
密封件本身由于设计、工艺、制造、选材、安装或选型配对不正确等缺陷造成机械密封点泄露失效，比如密封端面制造不平，安装密封件时没有对称，导致存在密封间隙而泄露；密封辅助系统选择不当，工艺条件苛刻等因素均可导致密封失效。
4 预防机械密封失效的措施
4.1 密封结构的选择
密封结构应先用操作简单、便于安装和维修、不太复杂的，还要牢固可靠。在使用过程中应该提前掌握相关的材料、特点、标准、结构和参数，采用的机械密封装置要符合要求。
4.2 机械密封设备的选择
如果机械密封设施输送的介质为高温且具有较强腐蚀性能的，则密封设备必须具备较强的耐腐蚀性能，硬度和强度都较高的，且热膨胀系数要小。
4.3 改进工艺条件
对于高压和高温的介质，使用的摩擦副材料必须具备较好的导热性能，且耐高温，管理设备时，应合理利用现场条件，改进机械密封的工艺条件，使其密封性能得以提升，延长其使用寿命，以节省因设备维护而产生的费用。
4.4 辅助措施的实施
有的辅助措施，如冷却、润滑、冲洗等，要按照机械所处的密封环境加以改善，确保机械密封可靠、稳定。
4.5 安装、维修管理的高效性
机械密封零部件的安装质量直接影响密封效果，安装前要仔细检查各个部件的完好性和规范性，正确安装和调试，之后要试运行，如果发现问题一定要及时处理，以免后患。另外，合理的使用和维护也非常重要，操作人员一定要遵守操作规范，培训后上岗，实行责任制保证设备的正常运行的可靠性、安全性。
5 结语
机械密封属于精密部件，泄露点多，就为零件的加工精度及安装、维修质量提出了更高的要求。很多因素都会导致机械密封失效，要对失效的原因做出准确的判断存在一定的难度。先要确定密封失效点，再通过相应举措加以改进。
选用合理的机械密封以提高安装质量和减少运转设备的振动，加强工艺管理以确保工艺指标的稳定，防止压力、温度等条件的变化过大是提高机械密封可靠性的有效方法，保证机械密封系统的正确应用，使机械密封长期有效的运转。运用新材料的开发和计算机技术，进行机械密封失效地方的计算机建模，利用有限元知识分析失效点及机械密封结构优化，借鉴国外机械密封技术和经验，提高机械密封稳定性、长期性，节约能耗，提高经济效益。
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