机械密封技术在制浆造纸和化工行业设备的应用及发展动态

（广西南宁凤凰纸业有限公司 ，广西 南宁  530031）

摘  要：优良的密封性能是制浆造纸行业和化工行业设备高效运转的重要因素之一。近年来，制浆造纸行业和化工行业设备机械密封技术不断发展，总结分析机械密封技术使用，能够更好地指导生产工作，具有较高的理论价值和实践意义。

关键词：制浆造纸行业和化工行业；机械密封；技术动态

引言

制浆造纸行业和化工行业工艺生产需要许多高速药液泵、浆泵、水泵来输运生产中的水、浆、酸、碱化学药剂，而这些泵需要有可靠的密封，特别是泵轴封部位的密封性好坏更为重要。泵轴封部位的密封性好坏直接影响着制浆造纸行业和化工行业设备的性能，影响着蒸煮、漂白、化学药品制备等生产流程和清洁生产以及节能环保效果。提高制浆造纸行业和化工行业设备机械密封性能能够防止设备泄漏、减少设备维修、节省资源、节能降耗、提高生产效率、达到清洁生产标准。因此，目前集装盒式串联双端面机械密封、单端面机械密封和无冷却型卡盘密封技术以及高能效集装式机械密封技术是制浆造纸行业和化工行业设备机械密封重要技术。

1 集装盒式的串联双机械密封

该型式的机械密封安装于填料箱外部，是一种外侧静止式内侧的动静环设计的端面密封能够承受内压或外压，可以是无压或者有压的双封。密封面使用专利的加热收缩方式加以固定，确保在各种工况温度下密封面的正确同轴度。二次密封为橡胶O型圈；由于其密封元件为出厂前预装好在一个盒体上并通过水压测试合格，整体安装在泵体填料盒上，同时该类型密封采用对中环设计，无需外部定位片故装配精度高，易安装和维修。为了防止在设备运行中出现轴向串动和生产过程中因工艺操作不稳定造成而密封室内外压力不稳定导致密封泄漏的情况发生，在密封结构中增加的弹簧补偿装置，弹簧位于密封静止部分，为了降低串联式双端面密封动环及静环之间摩擦所产生的热量以及防止工艺介质对弹簧的腐蚀并减少弹簧的卡死现象，设计有密封水冲洗装置，密封水连续冲洗有常压和带压的密封水冲洗，根据密封形式来定。密封水又有外供清洁清水和泵送介质两种，集装盒式的串联双机械密封的冷却型式采用有压的清洁冷却水冷却密封端面和密封空腔，同时由于密封增加清洁的冷却水，密封端面润滑得到了增强，从而大大延长密封寿命。

在硫酸盐法制浆工艺中蒸煮、蒸发和苛化工序分别有蒸煮液（硫化钠）、木浆纤维、滤液，残留固形物、含有颗粒流体白液及污染环境流体等均为高温、高压、腐蚀性大介质等，因此输送药液泵、浆泵和浓缩黑液过滤器、木浆纤维分离和处理除节机、压力筛等设备的密封须选用能承受高压、高温及耐腐蚀性的好双机械密封，而外带冷却水装置、碳化硅/石墨 或者 碳化硅/碳化硅密封面和高氟橡胶“O”型圈密封元件的集装式盒式双端面机械密封毫无疑问是制浆造纸的蒸煮、蒸发和苛化工序含颗粒流体及污染环境流体的设备所采用的最好、最合理的最理想选择密封方式。

2 集装盒式的平衡单端面机械密封及非平衡单弹簧式机械密封

集装盒式的平衡单端面机械密封与集装盒式双机械密封一样同样安装在泵体填料箱位置，该类密封设计简单、安装和维护简便。但同样应用了先进的技术，例如，弹簧位于密封的静止部，弹簧不会因轴的偏差造成弹簧的摆动和 O 形圈的磨损。热应力技术设计的密封面支座和弹性推环，从而使得压力震动的突变不会影响密封的正常运转，满足各种单端面密封工况需求。

在低压、低温的制浆造纸行业和化工行业的输送设备中经济可靠单机械密封，平衡单端面密封静动环可选用碳化硅/碳化钨-碳石墨，碳化硅/碳化硅，“O”型圈密封元件可选用聚四氟乙烯（PTFE）、丁晴橡胶及氟橡胶、乙丙橡胶等，密封冷却方式通常采用了从泵体出口的介质引进到密封端面和空腔循环冷却，由于密封只有一个密封端面故不能使用在高压的位置，该类密封的冷却方法有从外置冷水循环冷却和因此该类密封常用在制浆造纸行业和化工行业洗选、漂白等工序中的滤液泵以降低成本成本。

3 无冷却型卡盘密封技术   

安装于填料箱外部的无冷却型卡盘密封，是一种外侧静止式的卡盘密封，这种密封技术无需在密封端进行喷射、冲洗等冷却处理。无冷却型卡盘密封技术具有以下特点：采用单体结构的密封环，具有优良的散热性；拥有平衡状态；将机械密封内的空间进行充分扩大，保证流体能够通畅的流动；密封断面较为狭窄，滑动发热非常少；设备一边进行回转，一边在大气下暴露，取得有效的空冷。无冷却型卡盘密封技术采用了自然高效的冷却结构，降低了密封断面的负载温度，即使不进行喷射、冲洗，也可以获取良好的耐用性与密封性。所以，无冷却型卡盘密封技术有效地提高了制浆造纸行业和化工行业设备的效率，实现了节电、节水、减少维修、降低成本的效果，其具有以下优点：无需配管机械密封部位；无需稀释蒸煮液；采用开启式管理方式控制外部注入流体的压力、温度、流量以及密封流体；大量节约用水；大量节约电能。紧凑的外部安装填料箱的卡盘密封容易安装，安装时间短，通常不会因为安装误差而导致泄漏事故；能够迅速排除漏出液，不会和弹簧、柱销固着；柱销与弹簧不在密封流体中浸润，能够保持优良的工作性能。

4 用于高浓度碳酸钙、泥浆密封高能效集装式机械密封技术

部分制浆造纸行业和化工行业设备会接触有固体颗粒多的介质，如如石灰石，磷酸盐、锅炉烟灰、陶土、转探泥浆、粗煤、石盐，石头和砂土的密封。同时因为高浓度碳酸钙的固着与固化，导致O型密封圈的机内侧密封作用显著降低，过大的压力作用在密封端面，引发微损伤或裂纹，进而使得密封断面损毁，丧失密封功能。高能效集装式机械密封无需冲洗水冷却、冲洗和提供自密封润滑，有单封和双封，该类密封采用低模量弹簧，给弹簧留下最大运动余量。密封面选用耐磨损特殊的硬质合金材料材料、分半式的两片压盖和轴套装置和高侵蚀/腐蚀耐磨材料密封件不易损坏，使密封的寿命超过泵其他被液体弄湿的部件。密封后端盖上O型圈带反旋转销保护密封面，不会出现驱动槽磨损，固定卡片的设计以自我为中心，轴向和径向独立不依赖泵部件，消除了采矿工艺流体密封过程中因腐蚀、涡形成振动冲击和传动部件、密封端面的磨损、冲洗水密封支持不足等普遍问题，允许修复或更换部件以降低成本。因此该类泵是专为工艺流体如石灰石，磷酸盐、锅炉烟灰、陶土、转探泥浆、粗煤、石盐，石头和砂土等强磨蚀性环境设计，在强磨蚀型泥浆环境中达到最佳性能，减少维修次数、节约能耗，值得在制浆造纸行业和化工行业设备机械密封应用上大力推广

5 橡胶波纹管轴封和集合式完全分割密封

橡胶波纹管密封，采用单橡胶波纹管弹簧设计，具有良好的耐久力，适用高要求工况用于水处理方面，如废水处理。结构简单安装和拆换方便。橡胶波纹管机械密封在高压工况，有波动时无堵塞螺旋形单弹簧保持密封端面在运行过程中的紧密接触和良好的密封性，不会出现滑脱、断裂或折叠现象，橡胶驱动环能提供良好的密封和驱动效果，无需螺丝钉和传动销，橡胶波纹管密封面选用碳化硅/碳化硅材料。对于高负荷的振动大的搅拌机和水泵选用橡胶波纹管密封是新的选型方向。
     分半式集合式完全分割外密封是将密封完全分割成两半，外装在水平和垂直泵、混合器、搅拌器等难以拆卸维修的大，重型旋转设备的轴或填料盒上，其结构简便，可靠，无需拆除设备直接、快速安装，即使在磨损严重的轴上也能很好密封，减少停机时间，提高生产效率，分体式密封是在分割密封设计开发的最新发展方向，不需O型密封圈和弹簧，密封自校准，固定在设备上的压板上开长槽以更适应不同的设备和其他密封，动、静密封与其它密封材料选用相同可采用碳化硅/石墨或者碳化硅/碳化硅密封面，分别安装在密封环套与压缩环套上并由两个抱夹固定，二次密封为橡胶O型圈密封元件可选用聚四氟乙烯（PTFE）、丁晴橡胶及氟橡胶、乙丙橡胶等，上下两半密封由聚四氟乙烯（PTFE）销密封，由于该密封能在不拆卸设备的情况下进行更换密封或密封因轴磨损造成泄漏的设备，适应范围大因此分半式安装外密封是解决难以拆卸维修的大，重型旋转设备泄漏一种新型密封。

6 机械密封的使用维护

为了确保机械密封的使用寿命和正常使用要求操作人员每班要检查密封水流量压力、出水水质等，如出现密封水压力或流量达不到规定参数时要及时调节以确保机械密封冷却水流量、压力的调节，通常泵体内的介质液体的压力比循环清水的压力要低0.2MPa～0.3MPa，以确保在循环的过程中能够降低机内侧的密封压力，并且能够取得冷却的效果。一旦出现泵送介质液的压力高于清水压力变化时，就将会有负压产生，所以机械的密封结构应当在正压和负压的情况下都能够适用。来调节确保密封出现泄漏现象，使用时还要注意机械密封冷却水流量、压力的调节，确保泵体内的介质液体的压力比加压循环清水的压力要低0.2MPa～0.3MPa，以确保在循环的过程中能够降低机内侧的密封压力，并且能够取得冷却的效果。一旦出现泵送介质液的压力高于清水压力变化时，就将会有负压产生，所以机械的密水要经常检查调整以确保密封水流量和压力减少密封损坏而出现泄漏现象。

7 结束语

综上所述，制浆造纸行业和化工行业设备机械密封失效的原因主要包括：密封端面缺陷和密封元件老化失效导致密封失效；介质因素，介质压力、温度越高、粘度越低越容易发生泄漏，容易结垢或带细小固体颗粒或腐蚀性大介质比稳定、干净的介质更容易泄漏；设备因素，轴的转速越高、振动越大，就越发生泄漏；密封结构因素，四氟塑料密封端面的密封效果最差，带有良好浮动性的波纹管/弹簧密封的硬质合金-碳石墨密封面的双机械密封效果最好。密封失效将会引起设备泄漏、损坏无法满足生产要求甚至造成环境污染，进而增加设备维修费用、消耗过多的资源、增加生产成本、降低生产效率。

随着机械密封技术不断改进和发展集装盒式的串联双机械密封、无冷却型卡盘密封技术、高浓度碳酸钙机械密封技术、橡胶波纹管密封以及分半式集合型机械密封等均获得了较大的发展和应用，从而达到了制浆造纸行业和化工行业设备对密封的较高要求——密封可靠安全、泄漏量少；使用寿命长；结构紧凑、简单；价格便宜、成本低；维护方便；互换性好等。

参考文献

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