機械密封新技術和新材料在石化行業中的應用
科技專論
作者：馮修燕
【摘要】機械密封技術被普遍應用在石化行業泵送設備上。機械密封設備對其設計、製造、安裝及作業環境均具有較高的要求，並且其構件具有失效率高的特點，因此，研究機械密封新技術和新材料的應用是石化行業發展的要求與方向。本文簡述了機械密封新材料與新技術，探討了機械密封新技術和新材料的相關應用，從而推動機械密封技術的進一步發展。
【關鍵詞】機械密封；新技術；應用
對化工產品而言，絕大部分都具有易燃、易爆、有毒等危險性，倘若這些化工產品不慎泄露，不僅會帶來巨大的經濟損失以及嚴重的環境汙染，更嚴重的是會威脅人的生命安全。正由於化工行業存在上述特性，所以化工機械設備須具有較強的密封性與耐腐蝕性，以確保機械設備擁有較長的使用壽命[1]。與此同時，為了符合機械密封技術應用過程中複雜的作業環境及嚴格的現場要求，多組合、多結構、多材料的機械密封部件得到了廣泛的推廣與應用，各種新概念、新標準以及新工藝也相繼地被研發出來，並且在石化行業中展現出較好的應用前景。
機械密封裝置通常用來對機體和旋轉軸進行密封，除此之外，機械密封還對確保離心機、攪拌機、反應釜、泵、過濾機、壓縮機、齒輪箱、旋轉接頭、閥門等主要裝置設備的正常作業起到關鍵性的保護作用。目前，隨著產品生產水平的不斷提高以及環保、節能問題受到越來越廣泛的關注，機械的密封標準也更為嚴格。因此，研究機械密封新技術、新材料的開發與應用是當前石化行業發展的首要任務。
一、機械密封的新材料
自70年代陶瓷材料的推廣使用以來，機械密封材料的選擇範圍也得到了很大的拓展。以往進行配對的兩種機械密封材料中，一種是基質材料以碳石墨為主的軟質材料；另一種是基質材料以陶瓷或硬合金為主的硬質材料。其中，設備輔助密封圈多采用聚四氟乙烯、合成橡膠等材料製作[2]。現如今，眾多新型材料湧進了石化行業機械密封應用中，比如自潤滑型硬合金、高性能陶瓷以及高性能密封材料等等。除此之外，通過在原有的密封材料裏添加強自潤滑性、低熔點的納米材料製作而成的新型密封材料—納米複合材料，已經在石化行業中廣泛推廣。
然而，通過將碳化矽SiC、氮化矽Si3N4、氧化鋯ZrO2等多種物質燒結所生成的新型密封材料在近期亦得到了較為普遍應用。該密封新材料的特點是韌性較好、耐熱耐衝擊性較好、硬度較高等。由於SiC對各類腐蝕性物質表現出較強耐腐蝕性，因此，SiC材料是目前最為常用的陶瓷材料之一。
二、機械密封的新技術
隨著科學技術的高速發展以及機械密封新材料的不斷湧現，推動了機械密封技術進一步發展。新型機械密封技術的推廣與應用旨在減少產品泄露及其對環境的汙染，同時延長機械密封裝置設備的使用壽命。概括起來，機械密封新技術主要包括以下四種：
（一）剖分式機械密封技術
部分式機械密封一端為內部具有一個特定形狀凹槽的連接密封腔，另一端相應位置上則為一個前端帶有相似形狀凸台和後部具有連接凹槽的接頭，接頭兩部分外端麵由具有環弧性凸起的結構所組成，在安裝時將接頭壓入連接密封腔中，達到密封的目的，並可隨著壓力變化，自動調整密封效果。根據端麵的不同可以將其分為改型端麵與平行端麵部分式機械密封[3]。
（二）非接觸式機械密封技術
通常情況下，將非接觸式機械密封技術定義為通過依托流體所產生的動壓或者靜壓在密封端麵形成一片起到隔離作用的流體膜的一種新型機械密封技術。這種密封技術與使用固相、硬性材料進行密封的接觸式機械密封存在著很大的差異。由於航空航天、能源以及石化等事業的不斷前進，使其對高速、高溫、高壓、真空等特殊工況下機械設備的密封性、可靠性以及耐用性等各項性能有了更為嚴格的要求。正是由於非接觸式機械密封技術具有的較好密封性與耐用性，使其在石化行業的機械密封技術應用中占有一定的優勢。