最常見的13種損壞機械密封的方法和預防措施

廠里老師傅通過自己十多年的經驗總結并列出了最常見的13種損壞機械密封的方法，是給出了預防或修復的具體措施。

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01

干運轉

聽到爆裂聲嗎？那是機械密封干運轉時發出的聲音。

機械密封設計用于在密封面之間使用少量流程液體，這種液體使密封面保持潤滑和冷卻。但是，當液體在密封面間發生汽化時，就會產生可聽見的爆裂聲。

以下是導致潤滑液/冷卻液汽化的常見原因：

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1）軸向調整不當

2）夾帶空氣

3）填料函中滯留蒸汽

4）填料函中滯留固體

5）泵干運轉

6）冷卻不足

7）沒有或安裝了錯誤的沖洗方案

8）流體蒸汽壓力過高

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圖1：干運轉造成嚴重的熱損傷（結焦）示例

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圖2：由于干運轉和機械變形而損壞密封面

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如何預防或修復

為防止干運轉，通過增加沖洗流量或重新評估填料函的結構設計、密封沖洗系統或沖洗方案來使熱量遠離機械密封面。

通過排空填料函壓蓋中的氣體或使用錐形孔填料函壓蓋釋放滯留的蒸汽。

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02

高溫

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如果在密封面上看到放射狀裂紋（熱裂紋）或者堆積物（結焦），那么可能是溫度過高所致。在這種情況下，密封所面臨的高溫是由泵或密封運行過程中產生的熱量造成的。

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熱裂紋

熱裂紋可以通過密封面中心出現的放射狀裂紋來識別（見圖3）。這些裂紋充當切削刃的作用，導致密封面相互摩擦時過早磨損。

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圖3：源于密封面中心的放射狀熱裂紋

結焦

結焦會在機械密封的大氣側留下堆積物或研磨碎屑。當密封在過高溫度下運行時，會出現這種聚積物，但也可能是由于沖洗液不干凈或外部環境帶來的污染等原因而出現（見圖4）。

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圖4：結焦示例

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泵（在性能曲線上）遠離BEP運行時，會產生過多的熱量；密封因高速運轉或在密封面施加過大壓力而產生過多的熱量。

某些密封材料不是為高溫應用而設計的。泵送高溫液體時，如果使用錯誤的結構材料，則會導致機械密封過早失效。

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如何預防或修復

保持密封冷卻對其長期可靠運行至關重要。如果可以看到熱裂紋或結焦的跡象，那么是時候仔細查看密封的沖洗方案（或有必要增加密封沖洗方案）了。

考慮增加沖洗流量，或更改沖洗方案。

是否為應用正確選擇了密封？正確的結構材料和密封設計確保密封能夠承受高溫。

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03

沖擊

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有幾種不同類型的沖擊可導致機械密封失效，包括機械沖擊和熱沖擊。

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圖5：沖擊損傷示例

機械沖擊是由設備運行狀況惡化引起的，例如軸承損壞、汽蝕、扭矩過大、負載不均和軸不對中。然而，更常見的是，機械沖擊是由于密封操作不當和裝配不當造成的。

當密封在短時間內面臨較大的溫度波動時，會發生熱沖擊。密封面的不同區域會出現不同程度的膨脹和收縮，從而在密封面上造成過度應力或應變。

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如何預防或修復

如何解決這種特殊情況？首先需要充分了解它發生的原因。應對沖擊時要記住以下幾點：

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1）安裝機械密封時，應避免緊固件緊固不均勻或過緊

2）注意確保安裝與密封相匹配的沖洗方案

3）檢查以確保沖洗液和急冷系統的設計可最大限度地減少可能出現的瞬間中斷

4）在日常的項目檢查中增加振動檢查

5）如果運行參數規定溫差很大，作為一般經驗法則，將變化幅度限制在每分鐘1°F。

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04

潤滑不良

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機械密封在運行過程中如果發出尖叫聲，原因可能是密封面之間缺乏潤滑。

潤滑在機械密封的運行中起著關鍵作用。其功能除了潤滑以外，還有冷卻、密封、清潔密封面和保護的作用。

硬質表面（如碳化硅或陶瓷）上的潤滑不良可能會導致熱裂紋。熱裂紋顯示密封面上存在放射狀裂紋。裂紋之間的高度和距離可能從很小到很大（見圖6）。

當兩個旋轉面在重的載荷下接觸時，由于表面附近的過度摩擦發熱，可能會出現局部高溫。發熱、密封面之間的潤滑不良和機械載荷的疊加，導致材料在接觸區附近出現開裂。

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圖6：潤滑不良損傷示例

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如何預防或修復

確認密封腔壓力等運行工況在密封設計的限制范圍之內；確認密封腔已經或能夠將空氣充分排出；為密封提供充足持續的（潤滑）沖洗。

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05

轉速/轉矩

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幾乎任何旋轉設備都是如此，轉速往往是致命的。高的啟動或運行扭矩、設備的頻繁啟動/停止會對機械密封造成損害。

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圖7：高扭矩損傷示例

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如何預防或修復

檢查設備的狀況，并將其修復到適當的限度。根據扭矩或其它設備運行工況選擇適當的驅動機構。使用平衡型密封以降低密封面扭矩和壓力扭矩。

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06

化學侵蝕

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對機械密封的一些最嚴重的損壞可能是來自化學侵蝕。不相容的材料會產生巨大的影響。當密封件受到化學侵蝕時，可能會出現以下任何情況：

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1）嚴重泄漏

2）過度磨損跡象

3）易碎或破損的零件

4）密封面點蝕

5）腐蝕的金屬零件

6）膨脹的O形圈

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圖8：化學侵蝕損傷示例

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化學侵蝕是由密封及其結構材料選擇不當引起的。機械密封的選擇，必須由對機械密封的不同材料具有豐富經驗的人員來進行，并且還了解某些化學品的反應方式，這一點至關重要。

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如何預防或修復

為了正確地為流程液體選擇合適的材料，應完成完整的化學分析。選擇密封材料時，請詳細了解密封可能存在的所有運行工況，包括清潔化學品的特性及其運行溫度。選擇將使用干凈、兼容液體的沖洗方案。

在某些情況下，可能需要雙重機械密封來中和或控制腐蝕性環境。

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07

壓力

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機械密封過壓會導致動、靜環密封面外徑處發生重力接觸，并向內逐漸減小，直至幾乎沒有可見的接觸。高壓會導致主密封環外徑邊緣出現碎裂（缺口）。

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圖9：過壓損傷示例

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如何預防或修復

盡可能降低密封腔壓力。為了減少高密封腔壓力引起的變形，可能需要改變密封設計或材料。

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08

固體顆粒

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固體顆粒（磨料）+錯誤的密封材料 = 密封磨損比預期快得多。

固體顆粒對密封面造成的損傷有如下跡象：

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1）密封面磨損嚴重

2）磨損的凹槽具有“留聲機唱片”的外觀

3）密封面可能出現邊緣碎裂或倒圓現象

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圖10：固體顆粒損傷示例

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如何預防或修復

在應用于含固體顆粒工況之前，必須確定流體的特性，包括固體含量、固體大小和固體類型。

選擇合適的結構材料，或專門為含固體顆粒應用設計的密封。

接下來，看看沖洗方案。修改沖洗布置，使沖洗液沖洗在密封面上，增加沖洗速度，并通過安裝喉部襯套增加密封腔壓力。

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09

不對中

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不對中是導致機械密封最常見的一種損傷原因。不對中可能是由管道應變、硬啟動期間的偏轉、軸跳動以及無數其它情況引起的。不對中會給機械密封部件帶來過大的壓力，導致它們無法正常工作、過早磨損并最終失效。

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圖11：不對中損傷示例

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如何預防或修復

請務必遵循正確的安裝指南，并使用激光校準等工具來確保泵轉子準確對中。不過，泵在運行過程中可能會出現不對中情況，即使它在安裝過程中完全對中。熱膨脹和動態負載變化引起的設備位移可能會使泵偏離方向。

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10

振動

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振動會導致幾乎任何類型的設備出現問題，從泵到風扇。如何判斷振動是否是機械密封失效的罪魁禍首？

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圖12：振動損傷示例

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就像不對中一樣，振動也有很多來源：

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1）不平衡

2）不對中

3）遠離BEP運行

4）泵汽蝕

5）夾帶空氣

6）管道設計不合理

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如何預防或修復

正確的設備安裝對于解決振動問題至關重要。泵底座應正確安裝和灌漿，以防軟基。泵軸也應與電機軸進行激光等準確對中。

應使用OEM的備件。當零部件超出設計規定的尺寸和公差時，可能會出現振動問題。

最后，適當的管道技術（根據ANSI/HI標準）可以對最小化振動產生重大影響。

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11

安裝錯誤

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機械密封在安裝過程中很容易損壞。以下是機械密封出現的一些常見安裝錯誤：

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1）安裝的填料函端面不垂直于軸

2）通過錘擊的方法將聯軸器安裝到軸上

3）用于將機械密封安裝（滑）到軸上的潤滑不足或潤滑不當

4）未遵循機械密封手冊中說明的安裝步驟

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圖13：未遵循所有安裝步驟造成的損傷示例

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如何預防或修復

機械密封在搬運和安裝時需要小心，以下是安裝過程中的一些小技巧：

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1）在未正式安裝之前，不要拆除機械密封的包裝

2）安裝前應將手洗干凈！即使是微小的顆粒或者皮膚上的油，在運行過程中都可能會對密封配合面產生磨損和泄漏

3）不要用手觸摸密封配合面

4）在工作臺上墊一層干凈的包裝紙以防止污染機械密封

5）將機械密封安裝到泵上之前，用干凈的軟布和認可的溶劑清潔密封面

6）根據安裝說明使用制造商推薦的潤滑劑

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12

在磨損的泵上安裝新的密封

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在安裝和/或更換機械密封之前，檢查并確保泵（與密封配合的零部件）處于良好狀態。

有劃痕的軸或軸套會在機械密封運行之前就可能損壞機械密封；有劃痕的軸和軸套在安裝（滑入）機械密封時會損壞O形圈。

彎曲的泵軸、舊的和不符合規格的軸承、失去平衡的葉輪會導致振動、泵內部動/靜零部件接觸摩擦、軸承損壞等，所有這些都會縮短機械密封的壽命。

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圖14：劃痕嚴重的軸套

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如何預防或修復

所有使用過的零件在重新使用前都應進行徹底檢查，以確保它們符合設計尺寸及公差要求。如果使用過的零件尺寸超出設計要求，則應更換新零件。

13

操作錯誤

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毫無疑問，事故時有發生。無論是不當啟動泵，還是在關閉閥門的情況下運行泵，這些事故都會造成代價高昂的后果。

泵啟動不當可能導致電機跳閘、軸扭曲，甚至導致機械密封異常運動。干啟動泵意味著會遇到#1方法中出現的所有問題，最終會損壞機械密封。在吸入閥門關閉（干運轉）或出口閥門關閉（關死揚程）的情況下操作系統，會導致密封過早失效。

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如何預防或修復

確保所有操作人員都接受了正確啟動泵組和系統操作流程的培訓。

總結

為了減少密封故障，請查看設備應用的所有階段 - 如何選擇密封裝置、安裝實踐、一直到運行。密封故障通常具有可重復性。如果密封以相同的方式運行，則預期會出現相同的故障率。