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[摘要]机械密封具有优良性能，被广泛用于石油化工生产，但是在一些介质或特定温度条件下，极易发生腐蚀失效。本文详细论述了机械密封元件的腐蚀机理和应对措施，对正确使用机械密封、避免生产事故的发生具有一定的指导意义。
[关键词]腐蚀 机械密封 元件 危害 措施
中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）05-0258-01
1.前言
在石油化工装置机泵中约有86%以上的机泵采用机械密封结构，据国内资料表明，在对机泵日常维修中，机械密封的维修量占到50%，机泵维修费的70%用于机械密封的检修，密封元件虽小，但却制约着机泵的安全性、可靠性、耐久性，很多着火、爆炸等事故的发生均是因为机械密封的泄漏引起的。如何延长机械密封的使用寿命，是设备管理人员亟带解决的问题。制约机械密封寿命的因素很多，下面着重探讨腐蚀对机械密封的危害问题。
2.机械密封的基本结构和工作原理
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面磨擦副的预紧和介质压力与弹性元件的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，又称为端面密封，见图l所示。
构成机械密封的基本元件：端面摩擦副（动环、静环）、弹簧、辅助密封胶圈（动环密封胶圈、静环密封胶圈）、传动件、防转销以及紧固件。
3.机械密封基本元件的作用
3.1端面密封（动、静环）
端面密封副的作用是使密封面紧密贴和，防止介质泄漏。
3.2元件（弹簧、波纹管）主要起预紧、补偿和缓冲作用，要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的磨擦和动环的惯性，保证端面密封副良好的贴合和动环的追随性。
3.3辅助密封橡胶圈
它主要起到静环、动环的密封作用，同时起到浮动和缓冲的作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性和静环有一定的浮动性，动换的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动换的浮动性。
3.4传动件是将轴的转矩传给动环的作用
3.5紧固件起到动、静环的定位、紧固的作用
要求轴向定位正确，保证一定的弹簧压缩量，使密封副的密封面处于正确的位置并保持良好的贴合。
3.6防转销是将静环固定，防止在负压下脱出，并正确定位
4.腐蚀对机械密封元件的危害及应对措施
构成腐蚀的原因错综复杂，以下是针对机械密封常见的腐蚀形态及影响较大的因素进行分析。
4.1全面腐蚀与局部腐蚀
全面腐蚀，及零件接触介质的表面产生均匀腐蚀，其特征是零件的质量减轻。失去强度，降低硬度，如1Grl8Ni9Ti不锈钢制做的多弹簧。
局部腐蚀，是零件表面变得松软多孔易于脱落，失去耐磨强度。局部腐蚀是多相合金中的某一相或单相固溶体的某一元素，被介质选择性溶解的腐蚀形态。比如：钴基硬质合金在强碱中时，粘结相金属钴容易被腐蚀，硬质相碳化物骨架失去强度，在机械力的作用下产生晶粒剥落。当PH大于10时烧结的碳化硅因为游离硅被腐蚀而呈现麻点。因此，在处理强腐蚀流体时，可以选择双端面机械密封减少腐蚀对于密封件的影响。
4.2应力腐蚀
应力腐蚀是金属材料在承受应力状态下处于腐蚀环境中所产生的腐蚀现象。无论内外部载荷都将加速腐蚀。容易产生应力腐蚀的材料是奥氏体不锈钢、铜合金等。应力腐蚀的过程一般是在金属表面上形成选择性的腐蚀沟槽，再继续产生局部腐蚀，最后在应力的作用下，从沟槽低部产生裂纹，典型的104型机械密封的传动套，它的材料为IGrl8NigTi，当用于氨水泵上时，传动套的传动耳环容易出现应力腐蚀开裂，使耳环损坏。
4.3磨蚀
密封件与流体间的高速运动，导致接触面产生微观凸凹不平，当流体为腐蚀l生介质时将加快密封接触面的化学反应，如果所形成的氧化层被破坏，既出现腐蚀。由磨损与磨蚀的交替作用而造成的材料破坏称为磨蚀。通常磨蚀对机械密封的非主要元件弹簧座、推环、环座等带来的危害不明显，但它是磨擦副失效的主要形态之一，现象为表面常有环状沟槽。为此，在强腐蚀介质（稀硫酸液）中，磨擦副应采用耐腐蚀性能好的材料，如99.55%的高纯氧化率陶瓷，或不含有游离硅的热压烧结碳化硅。
4.4间隙腐蚀
当介质处于金属与非金属或非金属元件之间，存在很小的缝隙时，由于介质的滞留状态，会引起缝隙内金属的腐蚀加速，这种腐蚀形态称为间隙腐蚀。在机械密封弹簧座与轴之间，补偿环辅助密封圈与轴之间出现的沟槽或电蚀都是间隙腐蚀。其原因是由于缝内介质处于滞溜状态，使得参加腐蚀反应的物质难以向缝内补充，而缝内的腐蚀物又难以向外扩散，于是造成缝内随着腐蚀的进行，在组成的浓度、PH值等方面越来越和整体介质产生很大的差异，结果导致缝内金属表面的腐蚀加剧。间隙腐蚀对密封性能的危害很大，密封圈与对隅轴产生沟槽，导致补偿环不能做轴向位移，失去追随性，使端面分离而产生泄漏。对于间隙腐蚀，通常可以正确选材和合理的结构设计予以减少。如选用具有良好的抗间隙腐蚀性能的材料；在结构设计上应尽可能避免形成缝隙与积液死区；采用自冲洗方式进行循环，使密封腔内的介质处于不断更换与流动状态。防止介质组分的浓度变化。对于长期停用的机泵，应该排净泵内部介质。
4.5电化学腐蚀
实际上，机械密封的各种腐蝕形态，或多或少都与电化学腐蚀有关。对于机械密封磨察副而言，常会受到电化学腐蚀的危害，因为磨察副组对材料不同，当处于电解质溶液中，由于材料固有的腐蚀电位不同，接触时就会产生不同材料之间的电偶效应，另一种材料的腐蚀会受到促进，另一种材料的腐蚀会受到抑制。在稀硫酸、盐酸等电解质溶液中应该选择电位相近与相同的材料组对磨察副。
5.结论
由此可见，因腐蚀对机械密封造成失效原因是多方面的，为了尽可能减少腐蚀对密封的损坏，在选择机械密封时，要充分考虑使用环境，合理选材，选择合适的结构，避免因选型或材质不当造成的危害。
作者简介
李长安（1963-）男，黑龙江伊舂人。2008年毕业于大庆石油学院化学工程，现化工二厂维修车间机械工程师。
[关键词]腐蚀 机械密封 元件 危害 措施
中图分类号：TG172 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）05-0258-01
1.前言
在石油化工装置机泵中约有86%以上的机泵采用机械密封结构，据国内资料表明，在对机泵日常维修中，机械密封的维修量占到50%，机泵维修费的70%用于机械密封的检修，密封元件虽小，但却制约着机泵的安全性、可靠性、耐久性，很多着火、爆炸等事故的发生均是因为机械密封的泄漏引起的。如何延长机械密封的使用寿命，是设备管理人员亟带解决的问题。制约机械密封寿命的因素很多，下面着重探讨腐蚀对机械密封的危害问题。
2.机械密封的基本结构和工作原理
机械密封是一种依靠弹性元件对动、静环端面磨擦副的预紧和介质压力与弹性元件的压紧而达到密封的轴向端面密封装置，又称为端面密封，见图l所示。
构成机械密封的基本元件：端面摩擦副（动环、静环）、弹簧、辅助密封胶圈（动环密封胶圈、静环密封胶圈）、传动件、防转销以及紧固件。
3.机械密封基本元件的作用
3.1端面密封（动、静环）
端面密封副的作用是使密封面紧密贴和，防止介质泄漏。
3.2元件（弹簧、波纹管）主要起预紧、补偿和缓冲作用，要求始终保持足够的弹性来克服辅助密封和传动件的磨擦和动环的惯性，保证端面密封副良好的贴合和动环的追随性。
3.3辅助密封橡胶圈
它主要起到静环、动环的密封作用，同时起到浮动和缓冲的作用。要求静环的密封元件能保证静环与压盖之间的密封性和静环有一定的浮动性，动换的密封元件能保证动环与轴或轴套之间的密封性和动换的浮动性。
3.4传动件是将轴的转矩传给动环的作用
3.5紧固件起到动、静环的定位、紧固的作用
要求轴向定位正确，保证一定的弹簧压缩量，使密封副的密封面处于正确的位置并保持良好的贴合。
3.6防转销是将静环固定，防止在负压下脱出，并正确定位
4.腐蚀对机械密封元件的危害及应对措施
构成腐蚀的原因错综复杂，以下是针对机械密封常见的腐蚀形态及影响较大的因素进行分析。
4.1全面腐蚀与局部腐蚀
全面腐蚀，及零件接触介质的表面产生均匀腐蚀，其特征是零件的质量减轻。失去强度，降低硬度，如1Grl8Ni9Ti不锈钢制做的多弹簧。
局部腐蚀，是零件表面变得松软多孔易于脱落，失去耐磨强度。局部腐蚀是多相合金中的某一相或单相固溶体的某一元素，被介质选择性溶解的腐蚀形态。比如：钴基硬质合金在强碱中时，粘结相金属钴容易被腐蚀，硬质相碳化物骨架失去强度，在机械力的作用下产生晶粒剥落。当PH大于10时烧结的碳化硅因为游离硅被腐蚀而呈现麻点。因此，在处理强腐蚀流体时，可以选择双端面机械密封减少腐蚀对于密封件的影响。
4.2应力腐蚀
应力腐蚀是金属材料在承受应力状态下处于腐蚀环境中所产生的腐蚀现象。无论内外部载荷都将加速腐蚀。容易产生应力腐蚀的材料是奥氏体不锈钢、铜合金等。应力腐蚀的过程一般是在金属表面上形成选择性的腐蚀沟槽，再继续产生局部腐蚀，最后在应力的作用下，从沟槽低部产生裂纹，典型的104型机械密封的传动套，它的材料为IGrl8NigTi，当用于氨水泵上时，传动套的传动耳环容易出现应力腐蚀开裂，使耳环损坏。
4.3磨蚀
密封件与流体间的高速运动，导致接触面产生微观凸凹不平，当流体为腐蚀l生介质时将加快密封接触面的化学反应，如果所形成的氧化层被破坏，既出现腐蚀。由磨损与磨蚀的交替作用而造成的材料破坏称为磨蚀。通常磨蚀对机械密封的非主要元件弹簧座、推环、环座等带来的危害不明显，但它是磨擦副失效的主要形态之一，现象为表面常有环状沟槽。为此，在强腐蚀介质（稀硫酸液）中，磨擦副应采用耐腐蚀性能好的材料，如99.55%的高纯氧化率陶瓷，或不含有游离硅的热压烧结碳化硅。
4.4间隙腐蚀
当介质处于金属与非金属或非金属元件之间，存在很小的缝隙时，由于介质的滞留状态，会引起缝隙内金属的腐蚀加速，这种腐蚀形态称为间隙腐蚀。在机械密封弹簧座与轴之间，补偿环辅助密封圈与轴之间出现的沟槽或电蚀都是间隙腐蚀。其原因是由于缝内介质处于滞溜状态，使得参加腐蚀反应的物质难以向缝内补充，而缝内的腐蚀物又难以向外扩散，于是造成缝内随着腐蚀的进行，在组成的浓度、PH值等方面越来越和整体介质产生很大的差异，结果导致缝内金属表面的腐蚀加剧。间隙腐蚀对密封性能的危害很大，密封圈与对隅轴产生沟槽，导致补偿环不能做轴向位移，失去追随性，使端面分离而产生泄漏。对于间隙腐蚀，通常可以正确选材和合理的结构设计予以减少。如选用具有良好的抗间隙腐蚀性能的材料；在结构设计上应尽可能避免形成缝隙与积液死区；采用自冲洗方式进行循环，使密封腔内的介质处于不断更换与流动状态。防止介质组分的浓度变化。对于长期停用的机泵，应该排净泵内部介质。
4.5电化学腐蚀
实际上，机械密封的各种腐蝕形态，或多或少都与电化学腐蚀有关。对于机械密封磨察副而言，常会受到电化学腐蚀的危害，因为磨察副组对材料不同，当处于电解质溶液中，由于材料固有的腐蚀电位不同，接触时就会产生不同材料之间的电偶效应，另一种材料的腐蚀会受到促进，另一种材料的腐蚀会受到抑制。在稀硫酸、盐酸等电解质溶液中应该选择电位相近与相同的材料组对磨察副。
5.结论
由此可见，因腐蚀对机械密封造成失效原因是多方面的，为了尽可能减少腐蚀对密封的损坏，在选择机械密封时，要充分考虑使用环境，合理选材，选择合适的结构，避免因选型或材质不当造成的危害。
作者简介
李长安（1963-）男，黑龙江伊舂人。2008年毕业于大庆石油学院化学工程，现化工二厂维修车间机械工程师。