機械密封能使用多長時間？
作者：網(wǎng)絡 發(fā)布時間：2024-08-03 點擊次數(shù)：
前言
企業(yè)在購買新的泵、攪拌器或其它類型的旋轉(zhuǎn)設(shè)備時，經(jīng)常會問：“在必須拆卸維修之前，我的設(shè)備能夠運行多長時間？”在某些情況下，可以考慮升級其現(xiàn)有泵，以提高其可靠性、生產(chǎn)量和效率，或使其符合聯(lián)邦或地方排放法規(guī)。問題通常是相同的。 在許多工業(yè)泵應用中，密封是最關(guān)鍵的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情況下，液位或壓力報警，密封通常會迫使泵停止運行。雖然密封經(jīng)常被認為是設(shè)備故障的原因，但真正的原因通常出在泵的運行和機械條件或密封的環(huán)境控制系統(tǒng)。 已成功實施提高平均維修間隔時間（MTBR）計劃的公司，實現(xiàn)了三年或更長的平均密封壽命，從而降低了泵組的生命周期成本（LCC）。泵應用的LCC預測可能因密封MTBR的不同而不同。在故障風險較高的情況下，謹慎的做法是尋求專家建議，因為壽命估計中的錯誤可能會產(chǎn)生代價高昂的后果。 任何密封MTBR預測的關(guān)鍵是了解最可能影響密封性能的因素。機械密封的關(guān)鍵性能指標通常是泄漏量和功耗。
預測一下機封壽命？
預測機械密封的使用壽命不是一項容易的事情，因為宏觀上的密封性能受到微觀層面許多現(xiàn)象的影響。 密封的可靠性，在很大程度上取決于其在配合面之間的間隙中保持穩(wěn)定液膜的能力，同時最大限度地減小這些面的摩擦區(qū)域機械接觸的持續(xù)時間和程度。接觸過多可能會使材料過熱；接觸不足可能導致高泄漏量。
關(guān)鍵零部件
機械密封面的工作原理與軸承非常相似。主要區(qū)別在于，潤滑劑通常是泵送液體本身，在壓力下、有時在高溫下可能是臟的、易揮發(fā)的、粘性的、有毒的或爆炸性的。 顯然，密封面是任何機械密封中最脆弱的部件，但其它部件，如輔助密封元件（O形環(huán)、波紋管）或金屬部件，如彈簧、驅(qū)動銷或固定螺釘，在過度移動或高溫高壓下也可能影響密封的壽命。本文重點討論影響密封面壽命的因素。 為了對端面密封的預期壽命進行合理評估，需要了解有關(guān)機械密封功能的一些基本知識。記住五個關(guān)鍵性能因素可以指導確定機械密封的最佳更換周期。
密封面磨損
首先，必須知道密封很少出現(xiàn)過度泄漏，除非密封面已經(jīng)完全磨損。如果發(fā)生這種情況，兩個面中較窄的面將磨損到失去接觸的程度，并為流程液體泄漏到大氣中形成泄漏路徑。事實上，密封面的正常磨損率極低，因此不是過度泄漏的典型原因。 在高壓應用和引起密封面材料磨蝕磨損的流體中，可能會發(fā)現(xiàn)磨損的密封件。在大多數(shù)需要對密封組件進行解體檢查的情況下，密封面確實顯示出損壞的跡象。在這些情況下，較窄的密封面的磨損仍有足夠的材料，但表面的摩擦區(qū)域受到損壞，導致泄漏量達到不可接受的程度。這些損壞癥狀可能會有所不同 - 從肉眼幾乎看不見到嚴重的損傷，如密封面破裂。 常見的損傷癥狀是點蝕、起泡、碎裂、劃痕和熱沖擊裂紋。機械密封的正常更換是例外情況，因為在這種情況下，設(shè)備很可能因與密封無關(guān)的其它原因或僅僅是出于預防性維護原因而停止使用。機械密封出現(xiàn)過度泄漏的癥狀，是設(shè)備、流程或控制系統(tǒng)中存在更深層問題的明顯證據(jù)。
密封失效的類型
根據(jù)MTBR，密封失效可分為初期型、磨損型或隨機型。從統(tǒng)計學來講，隨機失效（也稱為偶然失效或壽命中期失效）是主要類型。初期故障通常是由不正確的密封選擇、安裝或啟動引起的，并且隨著集裝式設(shè)計的機械密封的廣泛應用，初期故障實際上已基本消除。 在運行相當長的時間后，隨機故障往往會意外發(fā)生，其典型特征是密封的泄漏行為從正常到過度的快速變化。在運行工況下，這可能表現(xiàn)為在高壓或高速應用中從不可見的泄漏量變化為滴流，或從穩(wěn)定滴流變化為少量泄漏。 隨機故障很難預測，因為它們通常是工藝操作或設(shè)備引起的瞬態(tài)的結(jié)果，而這是密封面材料無法容忍的。瞬態(tài)運行工況可能是有意引起的，也可能是泵中部件故障或意外工藝偏差的結(jié)果。驗證密封是否能夠處理預期的瞬態(tài)是使用壽命評估中的關(guān)鍵步驟，因為瞬態(tài)工況很可能對密封面產(chǎn)生破壞性影響。 與循環(huán)（非穩(wěn)定工況）應用相比，本質(zhì)上連續(xù)、穩(wěn)態(tài)的應用相對容易。事實上，可以安全地假設(shè)，如果密封面處的潤滑膜始終保持穩(wěn)定，則密封面幾乎將永久保持完好無損，因此密封將不會成為設(shè)備使用壽命的驅(qū)動因素。 在估算機械密封的壽命時，還必須考慮應用限制、最小泄漏要求和密封環(huán)境。在離心泵基礎(chǔ) - 機械密封能使用多長時間（下）中，將討論影響密封壽命和后續(xù)更換需求的其它三個關(guān)鍵因素。 在許多工業(yè)泵應用中，密封是最關(guān)鍵的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情況下，液位或壓力報警，密封通常會迫使泵停止運行。雖然密封經(jīng)常被認為是設(shè)備故障的原因，但真正的原因通常出在泵的運行和機械條件或密封的環(huán)境控制系統(tǒng)。五個性能因素會影響機械密封的使用壽命，并指導確定該密封的最佳更換周期。它們還可以提高密封使用壽命和平均維修間隔時間（MTBR），從而降低泵的生命周期成本（LCC）。 密封應用限制 第三個因素是發(fā)布機械密封的應用限制，通常由壓力、速度和溫度定義，容易被誤解。 大多數(shù)密封制造商表示，在其中一個限制工況下運行密封將導致最短使用壽命可能低于兩年，而一些密封類型（如API 682標準中規(guī)定的密封類型）使用壽命至少為三年。發(fā)布的限制雖然對于穩(wěn)態(tài)運行可靠，但對于循環(huán)（非穩(wěn)態(tài)）運行來說可能被夸大或不可靠。API 682密封可能是一個例外，它通過包括一系列循環(huán)測試來確定特定密封類型適用于一系列服務，從而專門解決了這一缺點。 通常，對于密封可以承受多少特定的瞬態(tài)壓力、速度、溫度、氣體或固體滯留或振動，沒有固定的準則。在這方面需要專家的建議。 密封面偏轉(zhuǎn) 密封面在瞬態(tài)期間的偏轉(zhuǎn)量取決于幾個因素，包括瞬態(tài)的規(guī)模和速度，以及密封面的堅固性或強度。最重要的是，隨著運行工況的變化，密封面會發(fā)生變形，可能會改善或降低密封面的潤滑。可靠的密封是對預期或意外瞬變的敏感度較低的密封。密封的靈敏度可以通過其在所有可能的瞬態(tài)期間保持或多或少平行密封面的能力來確定。 靈敏度也可以通過正確選擇材料和環(huán)境控制系統(tǒng)來控制。例如，具有硬面/硬面組合的密封，如碳化鎢（WC）和碳化硅（SiC），是臟的流體或在某些情況下高壓應用的首選，它們非常容易受到液膜完全或部分損失的影響。當這些材料相互碰撞時，任何類型的損壞通常都是不可恢復的，并且隨著時間的推移只會變得更糟。 新的密封面材料和處理技術(shù)，如金剛石涂層，有望在這一領(lǐng)域取得重大進展。另一方面，以碳石墨為耐磨材料的硬面/軟面組合具有獨特的優(yōu)勢，它們可以承受更高的載荷，承受更長的潤滑不足時間。最重要的是，在碳石墨表面損壞后更容易恢復。 碳化硅相對于硬碳-石墨通常被認為是現(xiàn)有材料中負載能力極限最高的之一，最能耐受干運行，因此是許多應用的首選材料組合。 應用限制 毫無疑問，當使用更粗的軸直徑、更快的速度以及更高的溫度、壓力和固體含量時，應用變得更加困難和危險。必須相應地優(yōu)化密封面的堅固性及其有效散熱的能力。 在許多苛刻的應用中，明智的做法是考慮定制工程機械密封，這些機械密封專門設(shè)計用于處理設(shè)備的異常事件或預定義的運行模式。可以選擇不同的密封面設(shè)計和潤滑技術(shù)，以延長其密封面的使用壽命。 對于大多數(shù)應用，密封壽命可能超過三年。API 682和水力學會出版物《泵的機械密封：應用指南》為指定工程密封提供了良好的規(guī)則。 泄漏要求 第四個因素是所有端面密封必須具有少量泄漏，以在所有運行模式下保持足夠的潤滑膜。 由于密封在這些有利的潤滑狀態(tài)下運行，因此能耗降至最低，從而使密封運行更加經(jīng)濟。泄漏量通常為每天幾毫升或更少，并且不可見。對于涉及高壓、高速或大軸直徑的特殊應用，這一數(shù)字可能要高得多。有關(guān)預期泄漏量的計算，請咨詢密封供應商。 機械密封在絕大多數(shù)應用中都能滿足當今的排放限制。預測任何給定應用的泄漏和摩擦行為都可能具有很高的準確性，這有助于為密封的正常、可疑和故障行為設(shè)定操作員指南。 當壓力、溫度或速度等運行工況改變時，泄漏量會增加或減少。這意味著泄漏量取決于泵的運行方式以及密封面對任何瞬態(tài)運行工況的響應程度。低且一致的泄漏模式的關(guān)鍵是保持密封面平整度。密封的關(guān)鍵性能指標（KPI）可能因使用的密封（端）面技術(shù)和材料而異。 任何給定的應用通常都有幾種解決方案，這些解決方案在成本和收益方面差異很大。密封供應商通常推廣獨特的功能，以增強或優(yōu)化密封面的潤滑。一些OEM提倡高壓應用的硬面/硬面組合，而其他OEM則堅持硬面/軟面組合。每個人應對異常事件的能力各不相同，最佳選擇并不總是顯而易見的。 密封環(huán)境 最后，密封的可靠性取決于其運行環(huán)境。 通過從多種方法中選擇和應用合適的系統(tǒng)，可以操縱或控制運行環(huán)境 - 這幾乎與密封本身一樣重要。大多數(shù)密封需要一個沖洗系統(tǒng)來排出密封產(chǎn)生的熱量。如果該系統(tǒng)發(fā)生故障，可能會導致問題。“涼爽的密封就是快樂的密封” 對于大多數(shù)應用來說都是正確的。 有些流體可能會隨著壓力或溫度的變化而改變狀態(tài)。如果在選擇密封和控制系統(tǒng)時不加以解決，可能會給密封帶來麻煩。 環(huán)境控制系統(tǒng)可用于防止或最小化某些瞬變的負面影響，消除密封面的摩擦熱，減少沖洗液中固體的存在，改善工況以防止流體蒸發(fā)或凍結(jié)。最重要的是，它們最大限度地減少了故障對周圍環(huán)境的影響。
