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近几十年来，机械密封已广泛应用在炼油、石化、电力、冶金和制造等涉及流体输送的领域，随着科学技术的进步与制造水平的提高，各行业的机械密封失效率大幅降低且使用寿命也发生了显著提高。在工业上如何提高机械密封使用的可靠性和延长使用寿命，首先要对机械密封做科学合理的选用。本文阐述了机械密封的一些基本概念，对其基本结构进行了介绍，并结合丁辛醇装置运行过程中机械密封出现的失效情况，提出了选用及使用机械密封时应注意的事项，对今后如何选用及使用机械密封起到了一定的参考作用。 一、机械密封的结构1.弹簧和波纹管式机械密封
弹簧式机械密封分为单弹簧和多弹簧式，单弹簧式机械密封通常使用1个大弹簧进行补偿，同时传递扭矩，端面受力不均匀，一般用于低速轻载工况，使用率较低。多弹簧式机械密封(图1)沿圆周分布多个小弹簧作为补偿元件，补偿力均匀，多用于高速工况，使用率较高。多弹簧式机械密封在输送含有固体颗粒的流体时，弹簧螺距及空间较小，容易出现卡顿失效。波纹管型机械密封（图2）通常用金属波纹管代替弹簧作为补偿元件，通过焊接的形式与支座和动环座相连接。丁辛醇装置初期使用多弹簧式机械密封经常出现机封泄漏情况，尤其是介质中重组分杂质含量高的离心泵，经过拆解分析，发现弹簧出现卡顿
情况较多，故将机械密封型式改为金属波纹管式，安装使用后，机械密封使用寿命大幅提高。
图1 多弹簧单端面机
图2 波纹管单端面机
2.单端面机械密封和双端面机械密封
在一个机械密封中，使用1个密封面的密封为单端面机械密封，使用2个密封面的密封为双端面机械密封。双端面机械密封工作时需配置反冲洗系统。常见的双端面机械密封有背靠背式和串联式机械密封。羰基反应器循环泵是丁辛醇装置的关键设备，它的运行状态对丁辛醇的生产起到了至关重要的作用，在丁辛醇开车初期，羰基反应器循环泵多次出现机封泄漏的情况，严重时出现过炸环的现象。所谓炸环是指机械密封隔离液压力加不上去，机械密封出现内漏情况，一旦隔离液压力与泵腔内物料没有压力差时，此时物料反冲进机封的反冲洗系统，严重时会导致机封内温度升高，机械密封内O型圈因高温溶解损毁，内部动静环出现断裂损毁的现象。经过拆解分析，初步判断是机械密封采用串联式双端面型式，内部受力方向是一致的，这会导致机械密封内部窜动，造成机械密封的损坏。经查阅资料以及与机械密封厂家的沟通，将机械密封改为背靠背双端面的型式，背靠背式机械密封的优点在于能够抵消机封内部的窜动力，改造运行后机械密封运行良好，使用寿命大幅提高。 二、机械密封的反冲洗系统
机械密封端面间存在良好的液膜，保证密封端面不产生干摩擦，各相应的辅助元件在工作条件下不发生溶解、变性和老化等失效是机械密封可靠工作的必要条件。但是在高温、低温、高压以及介质润滑性差等多种
恶劣工况条件下，仅仅依靠机械密封自身的形式和材
浅谈机械密封的选用与使用
靳利立 天津渤化永利化工股份有限公司
捕虾机电路图【摘 要】介绍了机械密封的基本结构与工作原理，通过对机械密封失效的原因分析，提出了关于如何选用及使用
机械密封的建议。
【关键词】机械密封；失效；反冲洗【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2021.12.027
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料，是难以满足使用要求的。通常借助机械密封辅助系统，以不同的冲洗的方式达到冷却、润滑和过滤等目的，为机械密封可靠工作创造良好的环境条件[1]。以下列举了机械密封主要使用的反冲洗系统方案，并且对其使用进行简单的分析说明。
*PLAN11从泵出口通过孔板对密封进行冲洗，默认的单端面密封冲洗方案。
*PLAN13从密封腔通过孔板回流至泵的入口。立式泵的标准冲洗方案。共鸣管测声速
*PLAN14从泵出口通过孔板对密封进行冲洗并通过孔板回流至泵的入口。方案11和方案13的结合
*PLAN21从泵出口通过孔板和冷却器对密封进行冲洗。在方案11的冲洗过程中增加热交换器带走热量。
*PLAN23从腔内的泵送装置通过冷却器对密封进行冲洗。热水工况中的标准冲洗方案。
*PLAN31从泵的出口通过旋液分离器对密行冲洗。被分离的颗粒返回至泵的入口。
*PLAN32外部干净的密封液来冲洗机封。
*PLAN52不加压的缓冲液通过储液罐进行循环。缓冲液通过泵效环在双封内部进行循环。
*PLAN53A加压的隔离液通过储罐进行循环。隔离液通过泵效环在双封内部进行循环。
*PLAN53B加压的隔离液通过囊式蓄能器进行循环。隔离液通过泵效环在双封内部进行循环。
*PLAN53C加压隔离液通过活塞式蓄能器进行循环。隔离液通过泵效环在双封内部进行循环。
*PLAN54外部带压隔离液循环系统。使用有压的外部系统提供清洁的液体，循环通过外部压力系统或泵完成。
*PLAN62在密封的大气侧进行外部急冷。急冷液通常为蒸汽、氮气或水。
*PLAN65用于监测大气侧机封泄漏的外部排液罐。*PLAN72不带压缓冲气体控制系统。通常用于带氮气缓冲气体的次级保护密封。
*PLAN74带隔离气体控制系统。通常使用氮气作为隔离气体来辅助干气密封。
*PLAN75从次级保护密封腔内排出至收集器和挥发气体回收器。
*PLAN76从次级保护密封腔排放至挥发气体回收器三、机械密封失效的原因
机械密封至少有一对垂直于轴向的密封面，该密封
面在流体压力及补偿力的作用下，加之辅助密封的配合，与另一端面保持贴合并相对滑动，从而构成防止流体泄漏。由于两个密封面的紧密贴合紧密，使密封端面之间的分界形成微小间隙，当介质通过此间隙时，形成极薄的液膜并产生阻力，阻止介质泄漏。
机械密封失效的原因有很多，主要包括密封面干摩擦、腐蚀、O型圈失效、高温、安装等原因。
密封面干摩擦是密封面之间的间隙缺少润滑造成，原因是缺少隔离液，造成隔离液缺少的原因可能是隔离液管线堵塞、隔离液温度高，出现隔离液闪蒸现象。
一些产品或者一些工况存在腐蚀性较大的情况，这样往往会造成机械密封的腐蚀失效；在一些有机化工工况下，机械密封内的O型圈会被有机介质溶解，所以在设计初期选材必须把物料性质考虑在内；由于机械密封冷却系统的原因，造成机械密封出现高温情况，往往会造成机械密封的内部O型圈损坏及动、静环的断裂。
设备安装及设备检修质量对机械密封的使用起到了至关重要的作用，一些机械密封的失效往往是设备安装和设备检修期间的质量不合格造成的，所以必须加强对设备安装及设备检修质量的把控。
四、结语
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综上所述，随着科技的进步，运用新技术、新制造工艺，特别是新材料的研发与应用，为炼油、石化、电力、冶金和制造等流体输送各领域提供了更加广泛地选用与使用的平台。合理的选用包括密封材料在内的相关配置及反冲洗系统，可以保证机械密封的长期密封性，不断地分析机械密封失效原因，及时归纳总结，提高机械密封的设计、制造、安装以及使用水平，有利于提高机械密封的使用性能，机械密封良好的使用性能为生产装置的长周期稳定运行提供了有效保障。
参考文献：
[1]张 巍，潘立斌，张旭东.离心泵机械密封的选用[J]，石油化工设备,2007
[2]高武民.机械密封的失效原因分析及实际应用[J]，石油化工设备技术,2002
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