密封技术发展概况

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1、密封技术发展概况 摘 要: 简要介绍了密封技术在工程领域的应用，静、动密封及机械密封的发展现状及方向，密封技术在PTA行业的应用及发展，密封技术前景展望等. 关键词: 带压密封 静密封 动密封 机械密封 PTA Abstract: Briefly introduced the seal technology in engineering application， the development situation and direction of the static，dynamic seal and mechanical seal，seal technology in PTA industr

2、y application and development of the sealing technology prospect，etc. Key words: Pressure seal Static seal Dynamic seal Mechanical seal PTA大型石化行业，每时每刻也离不开密封.可以说，石化行业的设备人员，尤其是从事机械专业的技术人员和维修人员，主要任务就是跟“泄漏”做不懈斗争，密封技术涉及很多方面，对生产、制造、维修等行业都有重要的地位1.一、 密封技术在工程领域的应用1、 带压密封技术应用实例2吉林石化公司乙二醇装置532塔发生局部泄漏.塔直径1.5m，温

3、度150，压力1MPa，介质为乙二醇.泄漏点为焊缝，纵向长度为6m.这种工况如采用注胶的方法很困难，只能用带压粘接处理.具体做法:1) 止漏: 根据泄漏情况，采用顶压和捻压等方法止住介质泄漏；2) 表面处理: 在保证安全的情况下对泄漏点周围进行打磨清洗；3) 涂胶: 采用国外快补胶和回天HT757高温修补剂进行粘接；4) 补强: 用玻璃纤维带缠绕，边涂胶边缠绕或贴补.胶层达到10mm后，用3mm钢带围卡在塔壁上或顶压在塔上（见图1、2）. 图1. 532塔堵漏示意图(a) 图2. 532塔堵漏示意图(b)2、 高温催化剂卸剂线泄漏密封应用实例3催化裂化装置再生器主卸剂线法兰出现严重泄漏时，由于

4、其漏点前无阀门控制，直接与再生器联接，若要进行停车处理，其经济损失非常大，只能用带压密封技术消除漏点.再生器催化剂温度高达700，选用TXY- 20#密封剂(催化剂专用).但是在夹具设计时，应选用0Cr18Ni9Ti不锈钢材料，钢板的厚度要求在50mm左右.由于无此材料，只能找库存46mm厚的钢板16MnR替代，但是这种材料不能适应700高温.催化剂卸剂线只是在卸剂瞬间达到700，不卸剂其温度在400，所以选用了这种材料.通过研究采用不卸剂时，先进行止漏的施工方案(否则无法进行包焊)，然后再用包容夹具，把堵漏夹具与法兰全部包住，进行全焊，这样就解决了夹具材料等级低的问题，并完全消除了漏点.漏点

5、封堵见图3.图3. 再生器催化剂卸剂线漏点带压封堵简图二、 我国石油化工设备静、动密封发展现状及方向1、静密封静密封，即结合面处彼此无相对运动的密封，就一座中等规模的石油化工厂来看，其静密封点就达数十万个.被密封之介质，品种繁多，且以易燃易爆、有腐蚀性或毒性的危险介质居多.密封一旦失效，不仅会造成浪费，且还污染环邃，甚至造成人身伤亡及财产损失，因此对其机理和元件的研究具有十分重要的意义.近年来国内密封研究工作开展得有声有色， 一些高校和科研院所相继成立了研究机构，开展了众多的研究开发工作，一大批应用密封件的石化企业也投入了大量的人力物力，一些密封件生产厂相继建立，各种密封新材料不断涌现出来，现

6、已形成科研、生产和使用三结合的大好局面4.80年代初，原石油部设计管理局就相继组织过全国性动静密封调查，针对当时石化行业的密封状况，提出了推荐密封技术发展的若千建议，如密封结构设计、新材料开发以及加强研究工作等5.（1）新型密封材料的研究.上海材料研究所和浙江大学相继研究出了膨胀石墨密封新材料，它具有非常出色的物理化学性能，是70年代末才在美国问世的新型材料，我国在80年代初就把它研制出来了，这不但填补了我国的一项空白，且为密封技术的进一步发展带来了新的希望.该材料在氧化性气氛中可在一200 500 内使用，在还原性或惰性气氛中还可扩大到一200 800 .由于其不含粘合剂(石墨含量占99.9

7、 %)，故其耐化学药品能力优良.除浓硝酸之类强氧化剂外，大部份有机或无机化学药品均不会使其侵蚀.该材料还有很高的抗辐射能力.由于无毒性，故可用于食品和饮水场合.它的抗应力松驰特性甚佳，达到可靠密封时所需螺栓载荷比其它常用材料更小6.近年浙江大学等又推出了化学稳定性非常好的聚四氟乙烯材料，其化学稳定性非常好，且毋须事先成形，适用于各种复杂形状的密封面.在侵蚀性和毒性介质的密封应用中有独到的特性，只有在熔融态碱金属和高温高压氟化物中才会受到侵蚀，使用温度范围: 一196 250 .中国科学院兰州物化所研制的密封胶，可用于螺纹密封和螺纹防松.制成管装(膏状)的密封胶使用非常方便，其具有造成气密和液密

8、密封的填隙能力，还有耐振、耐油、耐溶剂和耐热的特性，使用温度范围: 一240260 .兰化公司研究所研制的液体垫片实际上也是一种密封脚经过专门制配，可用来密封有压流体，可替代垫片或静密封件.它不受密封面形状的限制，可以实现带压在线密封，即不停工密封.它具有耐油、耐溶剂和耐一定温度的能力，尤其不怕振动，因其不是靠压缩作用来密封，故很少失效.（2）垫片密封试验装里的研制.北京燕山石化公司大修厂、石油大学、南京化工学院和华东化工学院等在这方面做了大量工作，取得了很大成绩.如燕山公司大修厂继1988年建成大型垫片常温试脸装置后，目前又在建设高温试验装置，建成后将成为石化系统垫片性能测试中心.石油大学经

9、6年努力，设计制造了三套实际法兰型试验装置.采用较先进仪器解决了应力、位移、压力和温度精密测量的技术问题，其泄漏率测量精度达10-6cm3/s数量级.为了消除加载不均的影响，又研制了可同时均匀上紧螺栓的液压螺栓上紧器.微机数据采集控制索统的开发成功，使过程参数监控、数据处理、打印、绘图和记录等实现了微机操作.为了与该系统相配合，还自编了垫片试验程序.该程序可进行系统自检、传感器标定、m试验和A、B试验等项目的测试.石油大学研制的垫片常温试验装置，其性能及完荐程度已接沂国际先进水平，并于1991年通过了鉴定，它将成为我国又一个塾片性能测试基地7.（3）常用垫片性能的试验研究.这方面过去一直是薄弱

10、环节，近年来才有所加强.如石油大学在参考美国ASTM F586一79标准和美国压力容器研究委员会(PVRC)推荐之A、B试验方法的基础上，对缠绕式、耐油石棉橡胶、金属包覆、纯的和带骨架的膨胀石墨、八角和金属椭圆等形式的垫片进行了研究，取得了天是试验数据，标绘了各种特性曲线.在此基础土，指出了各种垫片的结构尺寸、使用范围、制造要求及其密封参数值，推荐了法兰连接密封设计的新方法以及石化袋置法兰连接的紧密性准则8.2、动密封机泵阀和设备管线密封的可靠性，对石油化工工艺装置的安全正常生产具有举足轻重的作用.中国石化总公司重大设备国产化办公室、石油炼制学会和石油化工设备管理协会领导下的密封专业组(原密封

11、技术发展小组)在19821991年期间，针对本行业中的密封问题以及在推动密封技术的发展中做了大量工作9.（1）新密封技术的开发、研制和推广10石油大学介绍了气压机用圆弧槽面气体端面密封的机理和试验结果.这是一种基于上游泵送原理的非接触式气体机械端面密封，用气体密封气体，可以做到密封无泄漏或少泄漏，可以省掉庞大的封油系统.若将轴承改用磁力轴承， 机组可以做到无油润滑.北京化工学院介绍了迷宫螺旋密封与端面密封或填料密封结合在一起的组合密封，它具有停车密封的功能.石油大学还介绍了考虑了端面形貌和流体惯性等影响的汽液两相机械密封软件的开发工作.这次会上，再次提到集装式机械密封在保证安装质量和安全可靠方

12、面的优点.胜利炼油厂介绍了自制集装式密封已运转数年无问题的经验.兰州炼化总厂介绍了90B型高温低失弹集装式金属波纹管密封的研制情况针对水结垢引起机械密封失效的问题，大庆石化总厂介绍了密封腔冷却水采用外磁式除垢器后取得的良好效果.同时还介绍了加氢原料油泵双端面密封带虹吸价与衡压室的阻封装置.胜利炼油厂交流了Y型泵使用润滑脂润滑已运转两年的经验.论文中还推出一种新型磁力偶合器.兰州炼化总厂介绍说，已可制造50KW的磁力传动装置.（2）密封失效分析111）抽空失效.会上较多人反映抽空失效问题，特别是热油泵和减底泵.胜利炼油厂对抽空失效问题及防止措施做了大会发言.抚顺石油学院从理论上对抽空失效进行了动

13、力学分析，指出了轻烃泵正压抽空轴封失效和负压抽空失效问题，并建议采用稳定工艺操作、适当的弹簧比压与载荷系数、静环背冷和结构上限定动环分离位移等解决措施12.2）结垢和开启失效.齐鲁石化公司第二化肥厂介绍了引进甲醇进料泵热流体动力楔机械密封的开启失效问题.据分析，其原因是由于含CO2的高温水经填料塔循环后水中硅酸盐浓度显著增高并大量析出沉积于摩擦副表面形成硬垢，以及原设计内冲洗冷却效果差而使密封处于不稳定的似汽相区导致密封失稳之故.后经改用外冲洗，使密封处于较稳定的似液相区工作，不但冷却效果好，结垢问题也解决了.寿命由原来的一周延长到一年.采用国产密封也可达半年左右，杜绝了因结垢而发生的事故13

14、.3）浮环密封窜漏问题国产催化裂化气压机使用的浮环密封，往往因向轴承箱窜油而引起被迫停车事故.抚顺石油二厂、沧州炼油厂和沈阳鼓风机厂一起对原设计封油系统进行了改造并解决了该问题.化肥厂反映引进压缩机浮环密封，同样存在NH3窜漏的问题，急待解决.4）辅助密封圈失效.上海石化总厂涤纶二厂反映釜用机械密封大都是O形圈失效.原因是市售O形圈不符合规范要求.不少代表纷纷指出目前辅助密封圈质量和规格不符是造成密封失效的重要原因，应改变对辅助密封圈不重视的旧观念.武汉石化总厂提出了四氟乙烯V形圈的加工问题，对如何保证唇边有均匀的形状和尺寸进行了讨论14.5）开停车频繁泄漏问题.此问题很普遍，为此进行了讨论和

15、分析，同时还指出填料密封也存在同样的问题.6）汽蚀磨损失效.济南炼油厂通过现场观察分析了机械密封汽蚀磨损的情况，指出严重汽蚀磨损时其速率将大于工程干摩擦状态的磨损速率.排除此故障应从降低温度、改善冷却和冲洗、降低端面比压和摩擦温升等方面入手.7）故障的可靠性分析.上海石化总厂涤纶二厂对大型脂化釜机械密封用威布尔指数计算和浴盆曲线进行了分析，指出其泄漏大都属于早期失效.这主要是由于设计、选材和制造不当或变形磨损所致.3、机械密封 作为旋转设备中不可缺少的密封装置，机械密封因其工作可靠、泄漏量小、使用寿命长、功率消耗少等特点，在泵、压缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等工艺设备上得到了广

16、泛应用。据统计，为阻止动力输入轴与壳体间介质的泄漏，国外化工流程中95%左右的旋转设备采用了机械密封。国内机械密封应用起步较晚。1965年兰州炼油厂、沈阳水泵厂等单位首先试制泵用机械密封， 1966年天津机械密封件厂开始生产机械密封。1970年机械工业部、石油部、化工部所属科研、生产、使用单位组成联合设计组，参考了国外先进结构，联合设计了“系列泵用机械密封”。1975年，机械工业部批准颁布了“泵用机械密封标准”。1978年化工部批准颁发了“釜用机械密封标准”。为了提高产品质量，加速密封技术的发展，1980年以后陆续引进英国CrqnePacking有限公司、美国Sealol 公司的普通机械密封，

17、西德Burgman公司热流体动力型机械密封，日本Eagle 公司反应烧结碳化硅密封环，通过攻关、消化引进技术，使机械密封在品种、材料、技术参数等方面都提高到一个新的水平。1993年国家颁布了国标“GB/T14211-1993机械密封试验方法”，1999年国家机械工业局修订了“机械密封技术条件”和“机械密封分类方法”，为机械密封产品接近国外先进水平提供了保证15。（1）机械密封应用技术一百多年的研究过程中，人们在认识机械密封机理的同时，成功地利用密封机理设计制造了机械密封产品，并将产品应用于石油、电力、宇航及核工业等领域。目前先进的机械密封应用技术主要有表面改形技术、组合密封技术和可控机械密封技

18、术。1）表面改形技术。表面改形技术就是通过在密封端面上开出各种形式的槽来改善端面间的润滑状况，从而实现机械密封的长寿命运行1618。按开槽的深度分为开深槽和开浅槽两大类。 在普通机械密封端面上开设深度达毫米数量级(通常为12mm)的各种形式槽可形成端面深槽机械密封。根据密封原理不同，端面开深槽机械密封可分为流体静压型机械密封和热流体动压型机械密封。端面开深槽流体静压型机械密封是在密封端面上开出几组深度达几毫米的凹槽或孔和压力介质引入孔，将密封流体或外界润滑流体引入密封端面，实现对密封端面的充分润滑和冷却。由于压力介质的引入，使得两端面分开成为非接触型机械密封，尽管泄漏量比大，达到每小时几百毫升

19、，远大于常规机械密封的泄漏率，但仍广泛应用于高压、高速、高温等普通机械密封难于胜任的工况。流体静压机械密封技术已成功地应用于液化石油气注射泵上。端面开深槽热流体动力楔机械密封是在密封环上开出深度为12mm的周向沟槽，在力变形和热变形的作用下，密封面上产生周向波度和径向锥度，称之为热流体动力楔，波度的波幅为微数量级。由于密封面流动边界的波动，在动环的牵引下，沿周向的粘性流动交替经历收敛区和发散区。在收敛区内，流体膜产生很高的流体动压力，这样由热变形和力变形形成的周向波度就能产生一个静的附加开启力；在发散区，可能会产生负压。由于流体所能承受的负压有一定极限，超过此极限，溶于液体中的空气将游离出来，

20、产生空化现象。另外，由热变形和力变形形成的径向锥度在流体静压效应作用下， 将产生附加的流体静压承载能力，使得开启力增大。开启力与闭合力互相平衡，使得密封副两端面分开成为非接触型机械密封。与端面开深槽流体静压型机械密封相比，热流体动力楔机械密封最明显的特点是泄漏量小。由于其密封机理复杂，涉及到力变形、热变形及其流固耦合诸多问题，因此研究进展缓慢，其设计和应用大多数依赖经验和实验。近年来，国内部分学者1921已进行一些富有成效的实验研究和理论分析，但尚无此类机械密封的规模设计和生产能力。2）组合密封技术。随着现代工业的飞速发展，对密封的要求越来越高，单一的一种密封有时难以满足苛刻的工况条件。将几种

21、密封组合起来，利用其各自优势，使其充分发挥作用，已成为密封行业目前广泛应用的技术。组合式机械密封的型式很多，但不外乎是非接触式密封与接触式密封混合组合或接触式密封与接触式密封组合两大类。在高参数或条件苛刻的情况下，采用机械密封与浮环密封、螺旋密封或迷宫密封形成组合密封工作。在组合密封中，机械密封主要起防漏作用，而其他型式的密封起节流阻滞作用。在中低压工艺气体透平压缩机上，用机械密封与浮环密封的组合密封替代传统的浮环密封是当今重要的技术发展22。据统计，20世纪70年代以来，从国外引进的大型石化装置中，机械-浮环组合密封越来越多，涉及化肥、炼油、乙烯、化工等领域23。机械-干气组合密封主要用于中

22、、高压条件下，第一级密封为机械密封，密封介质为液体，第二级密封为干气密封，密封介质为第一级密封泄漏的微量介质和外部引入的惰性气体。其特点是机械密封作为主密封对工艺介质进行密封，干气密封作为辅助密封。3）可控机械密封技术。机械密封在实现高参数设计制造与运行之后，人们开始了泄漏率和磨损同时控制的研究。泄漏率和磨损是表征机械密封性能的两个方面。泄漏率高，密封端面间液膜厚，工作时端面磨损小，机械密封使用寿命长；泄漏率低，密封端面间液膜较薄，工作时端面磨损大，机械密封使用寿命短。因而寻找机械密封最佳工况点成了机械密封实现性能控制的关键24。Rechird F C， Wilim A and Pid L K

23、 发明的可控机械密封装置25，利用压电晶体在不同电压下产生不同的变形控制端面密封比压的大小，从而控制泄漏率，保证机械密封的使用寿命。美日等国将声发射、超声波以及微电子和传感等技术用于核反应堆冷凝泵及航空航天领域液氧泵，开发出机械密封监控系统26。国内石油大学将自行研制的机械密封相态监控系统用在工业装置27。随着计算机、电子技术以及密封理论发展，可控机械密封技术将会在各工业领域中得到广泛应用。三、 密封技术在PTA行业中的应用及发展1辽阳石化PTA工厂是国内最早的PTA工厂之一，经过改造，目前已达到80万t的能力.下面介绍在从事设备管理工作中运用密封机理解决的一些问题.1、静密封的应用实例LCV

24、 2132阀是精制单元第一结晶器的液位控制阀，由于精制单元无法克服的管线堵塞的特点，装置开停比较频繁，该阀与结晶器联接面时常泄漏.此联接面采用的是INVISTA并不多见的凸凹设计，垫片采用是前面提到的膨胀石墨缠绕垫片中的普型垫.通过对工况及密封机理的分析认为，高温情况下，螺栓会蠕变松驰，最终造成螺栓预紧力不够，垫片与法兰面的侧向压力小于工作介质的泄漏压力，造成密封失效.另外由于很难保证法兰联接螺栓的预紧力，缠绕垫的弹性储备可能被破坏，甚至出现内侧失稳的现象，这些都是造成密封失效的因素.经过思考后决定，在不改变密封结构的前提下，将动密封中的迷宫原理大胆引入，以316L齿型垫取代缠绕垫，并在设备升

25、温过程中实现一次热紧，很好地解决了这一难题.实际上取消了热紧的工序，同样也达到的预期的效果，说明了缠绕垫在辽化这套装置中使用的局限性.2、动密封的应用实例辽化PTA的干燥机采用是美国LUISVILLE的产品，由于有强制出料螺旋的存在，轴封泄漏经常发生.原来采用的是填料密封的形式，密封填料采用的编织纺纶，前面已经提过，在有固体颗粒存在的场合，是不适用填料密封的.经过反复实践，最终采用油封中经常采用的唇封结构形式，并把填料函重新改造，用35个唇封作为一组密封，将密封的使用寿命提高了3倍以上；另外借鉴镇江三爱的经验，将唇封材料由普通丁腈橡胶改为更加耐磨的聚苯酯，并采用加强弹簧的结构形式，将密封的使用

26、寿命提高到34个月.将氧化反应器原JOHNCRANE机械密封中静环过于单薄，刚度不够；静环截面形状变化大，在高温、高压的工作条件下，密封端面容易变形的不足加以改进，同时在密封底盘加了一个水冷夹套，降低密封处温度，减小了密封端面的热变形，使密封的使用寿命超过了原装进口密封.四、 密封技术前景展望密封技术应用于各个领域，如工业、农业、民用、交通、航空、航天等.密封条件十分复杂、密封要求也是多方面的，因此密封是一项复杂的应用技术.密封技术不仅因其产品性能的好坏直接影响过程设备或机器的正常运行，而将其视为综合性工程学范畴，对提高生产过程或装置的整体密封水平有其特殊、重要的意义.此外密封学科也是一个边缘

27、科学，它涉及物理学、材料学、传热学、摩擦学、流体力学等学科.因此，密封是难度较高的学科和复杂的应用技术.面对着这样一个广阔的领域，为将我国密封技术推向世界前列、密封界的各方面的力量必须协力同心、扬长避短共同努力28.随着人们环保意识的提高，人们对未来密封技术的要求也不断提高.环保节能，可能是密封技术唯一出路.在密封行业中曾被视为禁区的“零泄漏”的理念重新推出.有谁能说密封技术不能与时俱进呢？社会在发展，人类在进步，纳米技术的出现或许使零泄漏的最终实现变得并不遥远1.参考文献1 赵卫东浅谈密封技术在PTA行业中的应用及发展GM通用机械，产业与市场，2008第3期第31、32页2 王皓，焦维光带压

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