以煉油行業(yè)為例，目前，國(guó)內(nèi)外高溫?zé)嵊捅闷毡椴捎媒佑|式波紋管單端面機(jī)械密封，國(guó)產(chǎn)波紋管機(jī)械密封的使用壽命平均一年左右，進(jìn)口波紋管機(jī)械密封可達(dá)兩年以上，但基木上必須采用各種沖洗和冷卻等措施(圖9一1)，以降低摩擦溫升，防止結(jié)焦、熱裂、波紋管失彈、波紋管斷裂、泵抽空、密封件老化等而導(dǎo)致密封失效。為此，必然消耗大量的沖洗油和冷卻水，造成運(yùn)行費(fèi)用高(初步估計(jì)，一臺(tái)熱油泵年沖洗冷卻所需運(yùn)行費(fèi)用超過(guò)10萬(wàn)元)，能耗量大，而且密封可靠性差，安全性低，維修成本高。

對(duì)高溫?zé)嵊捅糜貌y管機(jī)械密封API682標(biāo)準(zhǔn)中給出了方案21(圖9一2)和方案32(圖9一3)兩種沖洗和冷卻輔助措施。

方案21為自沖洗加靜環(huán)背面急冷措施。自沖洗即把泵出口增壓的高溫?zé)嵊徒?jīng)冷卻降溫后引至密封腔，對(duì)密封件進(jìn)行直接冷卻降溫;同時(shí)，一般對(duì)靜環(huán)背面注人冷卻水對(duì)其進(jìn)行急冷降溫，并把泄漏物及時(shí)排除以避免在密封部位積聚。該方案適用于輸送介質(zhì)比較潔凈的高溫?zé)嵊捅?。方?2則是外沖洗加靜環(huán)背面急冷措施。外沖洗是把外界與泵送介質(zhì)相容的低溫潔凈冷卻油注人密封腔內(nèi)，對(duì)密封件進(jìn)行直接冷卻降溫，并及時(shí)排除介質(zhì)中的固體顆粒避免進(jìn)人密封端面或在密封附近集聚而產(chǎn)生磨粒磨損。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在保證輔助系統(tǒng)正常工作和泵穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，高溫油泵機(jī)械密封的使用壽命可達(dá)一年以上。但是，隨著對(duì)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排要求的不斷提高管型機(jī)械密封及輔助系統(tǒng)的使用性能己不能滿足要求，暴露出的主要間題有:

 ①采用現(xiàn)有的機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng)，在高溫油泵的運(yùn)行過(guò)程中，變工況操作時(shí)有發(fā)生。泵抽空、誤操作、人為流量調(diào)節(jié)等都使機(jī)械密封處于變工況條件下。.當(dāng)被密封介質(zhì)的壓力產(chǎn)生劇烈波動(dòng)時(shí)，可引起摩擦副的相互沖擊，造成端面損傷，從而影響密封效果;如果密封腔操作壓力波動(dòng)并瞬間成負(fù)壓，波紋管收縮而不能及時(shí)恢復(fù)，動(dòng)、靜環(huán)摩擦副間形成的油膜密封被破壞從而造成突發(fā)性泄漏失效。

②工作介質(zhì)溫度很高，再加上密封摩擦副端面的摩擦熱，一旦沖洗系統(tǒng)發(fā)生故障，使得端面溫度急劇升高，造成端面液膜汽化導(dǎo)致干摩擦，短時(shí)間內(nèi)可使密封失效;其次，高溫還可使石墨環(huán)性能下降，嚴(yán)重時(shí)可將浸漬劑熔化;再次，當(dāng)動(dòng)、靜環(huán)材料取碳化鎢一石墨配對(duì)時(shí)，高溫還可使石墨環(huán)(靜環(huán))表面產(chǎn)生環(huán)狀溝紋，碳化鎢(動(dòng)環(huán))也易脫落;最后，高溫下摩擦副熱變形較大，使端面摩擦狀態(tài)發(fā)生變化。導(dǎo)致密封系統(tǒng)提前失效。

③運(yùn)行費(fèi)用高、能耗量大。對(duì)于常、減壓塔底渣油泵采用外沖洗方案32，沖洗液直接進(jìn)人工藝介質(zhì)中，使其消耗量較大，生產(chǎn)成本較高。如某廠常減壓裝置中的兩臺(tái)減底泵，一臺(tái)泵每天有超過(guò)20噸蠟油注人了重油渣油系統(tǒng)，按重油與蠟油差價(jià)1儀幻j少?lài)嵱?jì)算，每天經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)20*1000=2萬(wàn)元。則一年損失為2萬(wàn)元*360=720萬(wàn)元。采用自沖洗方案21把高溫介質(zhì)降溫后再注人泵內(nèi)，必然消耗大量的熱量，使泵的效率降低。與此同時(shí)，消耗的冷卻水量亦相當(dāng)大。

④方案21和方案32均需對(duì)機(jī)封靜環(huán)背面處必須通入急冷水進(jìn)行冷卻，其作用是冷卻動(dòng)、靜環(huán)摩擦副，從而在一定程度上降低波紋管及摩擦副間的溫度，為機(jī)封提供適宜的運(yùn)行環(huán)境，防止機(jī)封部件高溫變形或失效，從而達(dá)到提高密封效果和延長(zhǎng)使用壽命的目的。但由于冷卻水在高溫部位結(jié)垢，且結(jié)垢位于動(dòng)、靜環(huán)摩擦副及與之相貼緊的軸套上和波紋管的波片之間，使波紋管失去彈性而失效。

目前采用的波紋管機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng)造成密封失效形式主要有以下幾種:

（1)波紋管失彈或斷裂引起的密封失效

波紋管在使用過(guò)程中，其剛度或彈性會(huì)慢慢減小，這種彈性減小的現(xiàn)象通常稱(chēng)之為失彈。實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用表明當(dāng)波紋管的失彈量超過(guò)設(shè)計(jì)初始?jí)嚎s量的18%一20%時(shí)，整個(gè)波紋管機(jī)械密封就會(huì)發(fā)生泄漏。金屬波紋管機(jī)封在溫度低于200℃時(shí)失彈現(xiàn)象不明顯，但在高溫(超過(guò)300℃)下使用，開(kāi)車(chē)后泵很快就發(fā)生泄漏，將使用的機(jī)封拆下測(cè)盆發(fā)現(xiàn)金屬波紋管組件高度較安裝前平均降低2一3mm。波紋管失彈主要由于永久變形或應(yīng)力松弛，還有一種情況是工作介質(zhì)結(jié)晶沉淀或凝固在波紋管的縫隙中，使波紋管變形能力減小或喪失變形能力。因此，高溫和載荷是造成波紋管失彈的主要原因。

另外，在高溫及波紋管壓縮量或接觸比壓較大的情況下，波紋管會(huì)發(fā)生斷裂(圖9-4);溫度越高，載荷越大，波紋管發(fā)生斷裂的概率就越高。

(2)配對(duì)摩擦副中石墨環(huán)的過(guò)度磨損引起的密封失效

通常，將失效的機(jī)封拆下檢查發(fā)現(xiàn)石墨密封環(huán)磨損嚴(yán)重。通過(guò)分析和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，金屬波紋管機(jī)封的端面比壓受波紋管的有效直徑的影響，而有效直徑是隨壓力的變化而改變。當(dāng)波紋管受外壓，其有效直徑隨壓力的加大而逐漸縮小;當(dāng)波紋管受內(nèi)壓，其有效直徑隨壓力的加大而逐漸加大。由于壓力過(guò)大，導(dǎo)致摩擦副摩擦嚴(yán)重，石墨環(huán)過(guò)度磨損引起泄漏。圖9一5所示為某廠減壓塔底泵石墨密封環(huán)端面的磨損磨蝕情況。

(3)配對(duì)摩擦副中硬質(zhì)合金環(huán)的表面熱裂引起的密封失效

發(fā)現(xiàn)密封摩擦副的硬質(zhì)合金環(huán)出現(xiàn)許多由硬面中心向外發(fā)散的粗細(xì)不一的徑向裂紋。這是熱裂導(dǎo)致的密封失效。熱裂產(chǎn)生的主要原因是過(guò)高的局部熱應(yīng)力，其中硬質(zhì)合金環(huán)與環(huán)座兩種材料的線膨脹系數(shù)差別，采用堆焊結(jié)構(gòu)還是整體結(jié)構(gòu)，密封冷卻沖洗系統(tǒng)中沖洗液的類(lèi)型、沖洗方式和流量的大小是否合

適都可能引起密封端面的熱裂。圖9一6為某廠減壓塔底泵機(jī)械密封端面突然進(jìn)人高溫重油，造成密封面發(fā)生熱裂而產(chǎn)生泄漏。