机械密封腐蚀分析论文

2022-04-19

摘要：多级卧式离心泵结构复杂，性能优越，然而一旦运行中出现故障，可能导致整体停用，本文对多级卧式离心泵机械密封安装孔出现的磨损和腐蚀等进行了分析，并根据工艺方案及其他措施，提高安装孔的耐腐蚀性。关键词：多级卧式离心泵机械密封安装孔建筑、电厂、冶金及生活中都能见到多级卧式离心泵。今天小编给大家找来了《机械密封腐蚀分析论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

机械密封腐蚀分析论文篇1：

论双端面机械密封在耐腐蚀、易磨损机泵上的应用分析

摘要：中石化销售股份有限公司华南分公司昆明长坡输油站6万吨/年蒸馏装置塔底汽油泵一直使用单端面密封运行，汽油泵介质中存在不易于汽油的油泥、铁屑等，且采用的单端面机封密封效果较差，油泥堵塞密封后导致密封失效漏油，塔底泵被迫停运，进一步影响装置的运行使用。根据现场工况，选择合理的密封结构型式、参数和材料，改造为双端面机械密封，确保生产装置安全运行。

关键词：机械密封：改造：选型：辅助冲洗系统

输油站蒸馏装置承担混油处理的艰巨任务，确保了现有条件混油罐的罐容充足，间接性确保了各种成品油输送任务，一旦发生输送问题，混油无法得到正常处理，将影响管输油品的正常输送，对生产造成极大的影响。所以输油站良好的运行状态，关系重大。

现有云南输油一部长坡输油站P1002A/B柴油泵一直使用单端面机械密封，由于混油处理存在杂质，泵处于24H全运行状态，导致每套泵机械密封使用寿命基本在两个月左右，更换频繁，对输油站的安全运行很不利。为了输油装置安全运行，决定尝试将原单端面密封改造为双端面机械密封使用，增加密封辅助冲洗系统，提高密封使用的安全性和寿命。

1.现场运行工况：

原机械密封型式见下图所示：

原密封型式为清洁介质常用单端面型式，端面配对为石墨对碳化硅，O型圈为耐高温氟橡胶。

拆解失效密封发现，动环、静环端面均有较深环装磨损痕迹;石墨端面有蚀点，存在泡疤现象;金属件以及弹簧附着颗粒、黑色结焦物等杂质，弹簧存在卡死现象;O型圈硬化。很明显密封失效的原因为端面磨损严重，无法有效贴合。

2. 更换双端面机械密封简介

（1）双端面机械密封原理：双端面机械密封原理与单端面机械密封基本相同，都是靠垂直于旋转轴线的端面（摩擦副）在流体压力和补偿机构弹力的作用以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。双端面机械密封结构如工作时，由流体压力（介质压力）和弹性元件的弹力等引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当的比压（压紧力），使两个接触端面（动环、静环端面）相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目

（2）双端面机械密封特征：双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。

3.改造方案

现场实际输送介质柴油中含有颗粒等杂质，原机械密封结构型式在长时间运行后，弹性元件容易积垢阻塞，对端面参数有影响引起泄漏。而且现场无氮气源，串联式密封的大气侧密封无法使用带压冲洗方案PLAN53A，而PLAN53B或PLAN53C成本太高，故考虑采用PLAN11+52方案，增加大气侧密封油储罐。

PLAN52储罐系统为双机械密封的冲洗辅助系统，其作用是储存缓冲液，润滑密封端面，并同时导出密封端面产生的摩擦热和密封腔内自身的热量，从而改善机械密封的工作环境，提高机械密封的可靠性和使用寿命，扩大机械密封的适用范围。储罐系统参照API682和GB150标准设计、制造。为改善机械密封工作环境而配备，同时对机械密封工作状况有一定的监控作用。在试车时通过与缓冲液进口BI相连的温度表观测温度，正常运行时温度会有一定升高，当系统达到平衡时，温度维持在一定值。如发现储罐液位上升，可以判断介质侧密封出现泄漏，应停泵及时更换密封。

密封结构型式选用串联式机械密封，保证介质侧密封失效后，大气侧安全密封仍起作用，便于现场切泵维修;介质侧选用弹簧外装式结构，能很好保护弹性元件不接触介质，避免弹力发生改变进而影响端面比压，大气侧为通用标准结构;介质侧端面配对为碳化硅对碳化硅，有效应对含颗粒介质干扰，大气侧为石墨对碳化硅，保证端面良好的润滑性;介质侧选用进口全氟醚密封圈，该种O型圈有良好的耐高温耐化学性能，大气侧选用氟橡胶O型圈。

密封设计参数：

介质侧端面参数：密封端面外径d2=Φ71.5mm，密封端面内径d1=Φ63.5mm，平衡直径d0=Φ66mm

则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.70;端面比压PS=0.352

大气侧端面参数：d2=Φ55.7mm，d1=Φ47.7mm，d0=Φ50mm

则有弹簧比压PS=0.252;载荷系数K=0.73;端面比压PS=0.252

設计适当增加介质侧端面比压，提高了静环的轴向补偿力，增强动环的追随性，保证密封端面紧密贴合，减少介质渗漏可能性。

改造后密封结构型式见下图所示

4、改造结果

自2019年8月安装使用新结构密封和辅助冲洗系统后，无泄漏现象，使用情况良好，密封使用6个月以上，极大的降低维修频率，提高装置输送能力。

5、失效分析

转动设备故障中，双端面机械密封失效机理与单端面机械密封失效机理基本相同，主要是密封面的失效。在机泵运行过程中，由于摩擦和搅拌产生的热量会使密封面温度升高，加之介质的影响，就会出现密封面介质的气化、密封环变形、热磨损，甚至出现热裂。有的介质在温度变化时会加剧固化、聚合、结晶、结焦和腐蚀。种种非正常的工况将加剧或者短期内直接导致密封失效。

6、日常维护

双端面机械密封密封失效的主要原因是操作的问题，因此做好日常维护工作，为其提供一个合理的工况，是密封运转正常、良好的前提。做好日常维护应保证以下几点：

（1）启动前检查辅助装置是否正常，保证密封液系统液位、压力在操作范围之内，各处密封良好。按转动方向盘车通过双端面机封泵效环将机封内充满液体。

（2）不要使泵抽空避免密封端面发生干摩擦。

（3）经常检查辅助装置是否正常工作：

a、注意密封液液面的位置，油位降低要经常补充，压力降低要补气保压。

b、定期排放泄漏液。

c、经常检查冷却水管、冲洗管等，杜绝发生堵塞，防止突然停水而使冷却、冲洗效果不好，造成密封失效。

（4）防止机器本身振动、发热等对密封的影响。

a、注意异常声响，振动可造成防转销等松开、脱出。

b、注意异常发热，如：轴承发热是否正常，并作合理调整。

7、结论

从密封机理上看，无论是双端面机械密封还是单端面机械密封都是将较难控制、泄漏量大的轴密封转变成比较容易控制的端面密封（摩擦副）、静密封和伪静密封。两级端面密封给予双端面机械密封安全可靠，对外无泄漏的特点。根据摩擦副布置形式以及密封液系统，双端面机械密封在结构上有多种形式，以满足多种工况的要求。双端面机械密封失效的原因很多，也很复杂，可以通过采取相应的措施来解决。双端面机械密封泄露与工艺操作及安装检修有直接关系。在日常生产中应规范操作，加强管理，对故障做总结分析，是保证和提高密封效率及寿命的必要措施。

8.结束语

机械密封需要根据输送介质具体性质来选择合适的结构型式和冲洗系统。合理的机械密封选型可以极大的降低维修频率，节约检修成本，增加装置的安全性以及稳定运行能力，提高经济效益。6万吨/年蒸馏装置塔底汽油泵双端面机械密封改造后，根据实际应用效果后，可推广使用在长坡站3万吨/年蒸馏装置塔底柴油泵、汽油泵上，改造后预计每年可节省企业修理费支出20万元左右，具备十分重要的推广作用。

9、参考文献

【1】董晓明.双端面机械密封泄漏原因及对策[J].润滑与密封，1998，NO.7.

【2】王显伟，宋巍.机械密封失效原因分析及预防[J].辽宁化工，2004，第33卷第8期.

【3】周原.王天普等.机泵维修钳工[M].北京：中国石化出版社，2009：129-143

【4】陈德才，崔德容机械密封设计制造与使用【M】北京机械工业出版社 1993

作者：牛如林

机械密封腐蚀分析论文篇2：

基于多级卧式离心泵机械密封安装孔的维修探讨

摘要：多级卧式离心泵结构复杂，性能优越，然而一旦运行中出现故障，可能导致整体停用，本文对多级卧式离心泵机械密封安装孔出现的磨损和腐蚀等进行了分析，并根据工艺方案及其他措施，提高安装孔的耐腐蚀性。

关键词：多级卧式离心泵机械密封安装孔

建筑、电厂、冶金及生活中都能见到多级卧式离心泵。本文以DVMX型多级离心泵为例，深入探讨多级卧式离心泵机械密封安装孔的维修。

1.概述

DVMX型多级离心泵的轴承座位于泵壳的两端，泵壳沿着轴线水平剖分，泵壳上下两端之间加装了纤维垫片，从而便于拆装维修。该多级卧式离心泵体积流量为132m3/h，扬程为400mH2O，转速为3560r/min，工作温度为60摄氏度，功率为185kW。该多级卧式离心泵机械密封采用集装式双端面机械密封方式，密封油是柴油，通过外接密封油系统进行循环。机械密封的橡胶密封圈和机械密封安装孔形成了密封油腔，该密封油腔和外接的密封油系统工程组成密封油回路。在密封油系统中有散热装置和过滤装置，能为机械密封动静环摩擦密封副提供密封介质，排除摩擦副生成的热量，从而创造一个正常良好的工作环境。

2.多级卧式离心泵机械密封安装孔腐蚀分析

多级卧式离心泵机械密封安装孔采用SS316不锈钢材料，其具有高强度的耐腐蚀性，泵壳材料选用铸造性好、强度高的SA216WCB钢，但该材料的耐腐性较差。特别地，在含盐高、水量大的情况下，安装孔表面极易发生腐蚀。提升机械密封安装孔表面耐腐性是提高机械寿命，降低维修次数的选择[1]。

安装孔表面易发生腐蚀，究其原因，主要是因为，零件腐蚀性介质或潮湿空气中工作，零件凹谷容易积聚腐蚀性化学物质，从而引起化学腐蚀，另外还有电化学腐蚀的作用，一般来说，安装孔表面越粗糙，腐蚀越严重。机械密封一旦失效，冷凝水或高含盐水会进入密封油，导致安装孔出现化学腐蚀，而铸钢安装孔与不锈钢机械密封两者之间存在的电化学腐蚀又加剧了安装孔表面的腐蚀，导致安装孔表面变得更加粗糙，从而出现恶性循环。降低安装孔表面粗糙度是提高表面耐腐蚀性的主要手[2]段。

3.多级卧式离心泵机械密封安装孔的维修

3.1评估安装孔维修工艺

多级卧式离心泵初期维修由产品生产厂家进行，可通过焊补机械密封安装孔表面腐蚀缺陷及普通镗孔处理，其中，选用的焊材要和安装孔材质一样，又必须耐高温，但是，焊补之后的安装孔耐腐蚀性能较原材材质较差[3]。之后，要给予普通镗孔处理，因为安装孔表面粗糙程度太高不利于其耐腐蚀性能，同时，多次焊补会缩短泵使用寿命，降低泵整体力学性能。但维修经验指出，原厂家维修安装孔后，泵正常运行时间下降，机械密封更换量更加，因此要改进维修工艺。

3.2选择维修方案

目前，维修多级卧式离心泵机械密封安装孔有三种常见的方案，方案1制作可互换锥套，方案2电镀硬铬，方案3烧焊Inconel625。方案1 中可首先将安装孔加工成锥孔，且配有锥套，一旦发现锥套腐蚀，可更换锥套。将密封安装孔加工为锥孔，在检查泵壳尺寸的时候会发现泵壳贯穿螺栓孔位置受到限制，而锥套强度较弱，厚度太小，加之，锥套和锥孔加工难度大，装配时会出现很多问题，最终导致出现密封问题。考虑到电镀层工艺成熟、吸附能力强，铬机械强度满足要求，耐腐性强，因此可考虑方案2，首先安装孔加工变大0.5mm，电镀之后留出0.5mm加工余量，再将孔机械加工至标准尺寸。但在实际加工中发现，电镀硬铬工艺时间较长，电镀液污染较大，虽然电镀密封效果及耐腐性能较强，但考虑到其他制约因素，其也不是最理想的方案。通过与上述两种方案的对比，方案2可节约时间，降低维修费用，并提高环境保护的力度。采用烧焊Inconel 625方案进行维修后，检查安装孔，发现表面无腐蚀痕迹，无需其他维修处理，且维修费用和维修时间都很短。

3.3安装孔加工工艺

密封孔普通镗削会遇到一些问题，比如微小崩边等，这是因为垫片材料软，刀具在切削不同材料切削过渡的时候，因切削力发生变化而引起的。针对上述问题可采用内圆行星磨削处理。为将内圆磨削加工工艺移植至镗床完成镗磨削加工，可采用特殊的磨削加工工装，利用外接气源驱动气动装置，从而带动砂轮进行内孔磨削加工。镗床上磨削孔在加工的时候，磨削工装要随着平旋盘进行旋转，同时，砂轮在气动装置驱动下旋转，最终完成内圆行星的磨削。选择合适的安装孔加工工艺能提高密封安装孔的耐腐性。

4.结语

在现有材料、工艺及设备的基础上，对多级卧式离心泵机械密封安装孔进行腐蚀处理及加工工艺流程优化，可很好解决机械密封安装孔存在的问题，从而提升多级卧式离心泵的使用效率。

5.参考文献：

[1]曾铁成.多级卧式离心泵机械密封安装孔维修[J].石油化工设备.2011，5（1）：65-66

[2]任明斌.卧式多级离心泵的检查与维修方法分析[J].中国高新技术企业.2013，5（24）：508-509

[3]张玉梅，谢台进，衣拥军.多级泵的水力性能统计与分析[J].通用机械.2011，6（5）：43-44

作者：王平

机械密封腐蚀分析论文篇3：

顺丁橡胶装置密封油冷却器管束腐蚀原因分析及对策

【摘要】本文通过对密封油冷却器管束腐蚀形貌及腐蚀产物进行多方面分析，认为换热器管束的腐蚀泄漏是氧腐蚀导致。通过用宏观和低倍分析、材质成份及金相分析、扫描电镜分析和X射线衍射仪等方法，分析密封油冷却器管束腐蚀减薄并穿孔的原因，并提出相应对策以尽可能减缓腐蚀。

【关键字】顺丁橡胶；腐蚀；换热器；氧腐蚀

一、前言

E-103密封油冷却器位于聚合釜密封油冷却流程中。作用是给聚合反应釜用双端面机械密封密封油冷却降温。换热器操作工况如表1所示。换热管束材质为15钢，管板材质为16MnR钢，壳体材质为16MnR钢，管子外径φ17mm。2010年7月大检修时发现换热器管板产生明显腐蚀，65根换热管中已管壁穿孔泄漏20根，少数管子管板焊道处发生泄漏。

二、材质及金相分析

1.宏观成分分析

使用德国斯派克直读光谱仪对换热管进行化学成分分析，结果与国家标准（GB/T699-1999）中15钢的成分比较可知，换热管材料符合15钢的国家标准。

2.金相分析

选取换热管腐蚀部位制备金相试样，腐蚀后用光学显微镜进行观察。

通过对金相组织进行晶粒度和夹杂物评定，可知晶粒度大约为5.0-6.0级，组织中无明显夹杂物，组织未见异常。这说明换热管的腐蚀并非由组织变化引起。

三、微观分析

1.腐蚀形貌

将换热管切开，加工成电镜试样，用超声波清洗机去除表面悬浮腐蚀产物，用扫描电镜（SEM）从低倍到高倍对换热管内表面进行观察。

由SEM像可以看出以下特点：（1）在低倍下内表面腐蚀产物分布不均匀，表面呈龟裂状，部分腐蚀产物呈颗粒状；（2）在高倍下腐蚀产物间的龟裂纹清晰可见，部分裂纹的深度很大，可直达管的内表面。

2. 能谱仪微区成分分析

在内表面腐蚀区选取3个点进行能谱分析。由能谱分析结果可知，腐蚀区的主要元素包括C、O、Fe、Ca，主要成分为Fe和O，在局部区域检测到典型腐蚀性元素Cl，但含量极少。此外在微区成分分析中检测出了较多的Zn，怀疑为循环水从其它流程中携带而来。

四、腐蚀机理分析

结合光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪的测试结果，可以得出结论：腐蚀主要发生在管程介质中，并且在管内表面产生腐蚀污垢的大量堆积，产生垢下腐蚀，这是造成换热管堵管和泄漏的主要原因。内表面腐蚀产物均来源于铁的氧化物。换热管内表面的腐蚀过程分析如下：

管程介质为循环水，水中溶解一定量的氧，氧与换热管内表面材料发生电化学相互作用，产生腐蚀；循环水中含有一定量的成垢离子，在一定条件下形成垢，垢沉积在管壁上，与腐蚀产物及泥沙一起形成污垢层；大部分污垢层与基体金属结合比较致密，在内表面形成较厚的污垢层，使管内通过性下降，最后造成堵管。局部污垢层存在较大的缝隙，不能很好的覆盖基体金属，导致介质渗入金属表面，使管内局部区域腐蚀速度较快，最终发生泄漏。

1.垢下腐蚀机理

由电镜形貌可知，腐蚀产物不够致密，有较大的裂纹和缝隙。这些裂纹和缝隙构成介质渗入污垢层的通道，也是污垢层最容易脱落的区域。在局部区域腐蚀产物与基体剥离后，将露出面积很小的基体金属，很容易造成大阴极小阳极的结构，一旦形成这种结构，腐蚀将在小阳极区集中产生，造成该区域腐蚀加剧，这是在换热管发生腐蚀泄漏穿孔的主要原因。

2.氧腐蚀机理

在E-103换热器的管程中，介质循环水中溶解有一定量的氧，换热管内壁金属容易受到电化学腐蚀。与介质接触的不同金属或者同一金属的不同部位之间，由于材质、介质浓度、温度等的不均匀性将产生电位差，可形成宏观或微观电池，在电极上发生原电池反应，从而造成金属的腐蚀。对低碳钢换热管来说，由于表面没有防护层，基体中的Fe电极电位较负，将作为阳极，发生氧化反应，形成阳离子进入溶液中，放出的电子通过阳极自身的导电作用进入阴极区，与水中的O发生作用，生成氢氧根离子，电极反应如下：

阳极反应：Fe→Fe2++2e （1）

阴极反应：2H2O+O2+4e→4OH- （2）

阳极反应形成的亚铁离子和阴极反应形成氢氧根离子进一步结合形成Fe（OH）2，在一定条件下，Fe（OH）2可与水中的O继续作用，形成中间产物羟基氧化铁：

4Fe（OH）2+O2→4FeOOH+2H2O （3）

FeOOH在一定条件下失水将形成Fe2O3：

2FeOOH→Fe2O3+H2O （4）

在上述腐蚀过程中，O去极化形成的氢氧根离子极易与亚铁离子结合生成氢氧化亚铁。随着腐蚀的不断进行，氢氧化亚铁含量逐渐增加，这将促进FeOOH的形成。形成的FeOOH则不断失水形成Fe2O3，最后在换热管内表面形成以Fe2O3为主的腐蚀产物。

五、防腐蚀措施和建议

结合上述腐蚀机理的分析，建议采用如下防腐蚀措施：

（1）严格控制水质，尤其是循环水中的含氧量必须达标，对成垢离子含量要定期进行检测，进行必要的除氧和除垢处理，其它杂质含量也要进行严格限制。

（2）换热管内侧污垢层很厚，防止污垢沉积可防止介质浓缩，从而防止垢下腐蚀的发生，因此定期对换热管进行清洗十分必要。

（3）管程介质的防腐蚀处理