摘要：泵类设备在油田广泛使用，其结构设计常采用机械密封。在使用过程中，如果机械密封失效，轻则泄漏，重则设备的运转率急剧下降或造成设备的运转故障，严重的还会造成设备事故。分析了泵类设备机械密封腐蚀失效的原因和特征，对密封件腐蚀失效进行了分类，并列举了一些工程腐蚀失效实例，提出了泵类设备机械密封抗腐蚀的具体技术措施。
关键词：机械密封；腐蚀失效；技术措施
机械密封(MechanicalSeal)又称端面密封，是靠一对或几对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持接合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置[1]。因此近年来被广泛应用于油田各种泵类设备的轴封[2]。但是，泵类设备在使用过程中，如果机械密封失效，轻则泄漏，重则设备的运转率急剧下降或造成设备的运转故障，严重的还会造成设备事故。据统计，机械密封引起的故障占所有泵类设备全部故障的40%，而腐蚀失效是机械密封失效的主要因素，因此正确分析泵类设备机械密封腐蚀失效原因，采取有效措施预防，对泵类设备机械密封的使用是非常重要的。
1密封元件腐蚀失效的基本类型[3]
1.1缝隙腐蚀失效
当泵输送介质处于金属与金属或金属与非金属表面之间狭窄的缝隙时，由于介质长期滞留在缝隙内而产生的一种局部腐蚀，它会使缝隙内金属的腐蚀加速。比如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蚀点；动环的内孔与轴套表面之间、螺钉与螺孔之间、O形环与轴套之间、陶瓷镶环与金属环座间也会发生缝隙腐蚀。
1.2磨耗腐蚀失效
由于密封件与流体介质间处于高速运动中，零件密封接触面在摩擦力和腐蚀介质共同作用下产生腐蚀加速破坏的现象，磨损和腐蚀交替作用从而造成机械密封材料的破坏。通常磨耗腐蚀对机械密封的弹簧座、推环、环座等危害较大。比如在密封端面，由于摩擦使腐蚀生成物被破坏，其磨耗腐蚀速度为无摩擦作用表面腐蚀率的10～50倍。
1.3应力腐蚀失效
由于泵类设备机械密封零件处于高速运动中，这样密封零件在工作时就会受到应力(残余应力、热应力、工作应力等)的作用，同时由于腐蚀介质环境的影响，从而发生腐蚀破坏现象。
1.4接触腐蚀失效
从理论上讲，机械密封的各种腐蚀形式或多或少都同接触腐蚀有关，因为发生接触腐蚀的基本条件是两种或两种以上金属在电解质溶液中存在电位差。不同的金属在电解质溶液中接触时，由于各自的电位不同，必然产生宏观的电位差，同一金属材料由于种种原因也可以出现不同的电极电位。因此，就机械密封摩擦副而言，接触腐蚀是普遍存在的。机械密封件在稀盐酸、稀硫酸等电解质溶液中易产生接触腐蚀。
1.5晶间腐蚀失效
不锈钢的晶间腐蚀曾是化工机械中的泵、阀及离心机等零部件最严重的腐蚀形态。其发生机理是由于在某些腐蚀介质中，晶粒间界可能优先发生腐蚀，使晶粒间的结合力减弱，由此而引起的局部破坏。比如不锈钢的晶粒间界，由于碳化钨的析出，使附近地区的金属中贫铬而成为小阳极，而含铬较高的晶粒本体成为大阴极，在电解质溶液中构成了电化学腐蚀条件，从而造成严重的晶间腐蚀现象。碳化钨环和不锈钢环座以铜焊连接，使用中不锈钢座易发生晶间腐蚀。
2提高机械密封抗腐蚀的措施
2.1材料选择
据统计，机械密封的泄露大约有80%～95%是由于密封端面和摩擦副造成的。除了要保持密封面平行之外，主要是摩擦副的材料问题。因此，在腐蚀介质是工况所要求的场合下，正确地选择金属材料是十分重要的。摩擦副材料应具备机械强度高、具有耐干磨性、配对材料耐磨性好、导热性和散热性好、耐腐蚀性强、能耐热变形和尺寸稳定性好等优点。耐腐蚀金属材料通常分为耐蚀铸铁、不锈钢、镍基合金、铜合金、铝合金及钛合金等六大类，可以根据对金属材料的耐蚀要求、使用经验、工艺性能及经济因素等进行选用。
2.2结构设计[4-5]
在结构设计方面，减小应力集中及残余应力有助于防止或减轻应力腐蚀失效；避免异类金属的接触或采用绝缘材料将其隔开，有助于减轻或杜绝缝隙腐蚀失效和接触腐蚀失效；降低流速、减少湍流及适当加厚易损部位的几何尺寸可以减轻磨耗腐蚀失效；减小流体停滞和聚集现象可以降低多种类型的腐蚀速度；比如避免形成缝隙或使缝隙尽可能地保持敞开；尽可能不采用金属和非金属材料的连接件；输送强腐蚀流体时，可采用外装式或双端面密封结构，从而减轻腐蚀对密封件的影响；对于毒性高、腐蚀性强的介质，可以引入隔离液进行保护，隔离流体起到安全屏蔽的作用。
2.3去除腐蚀介质
查明外来腐蚀介质的性质并将其去除，常用的办法是向介质中加入缓蚀剂和去除介质中的有害成分。比如锅炉用水中的氧气导致的高温氧化，可以对其进行去氧处理予以解决；对于锅炉加热管壁向火侧发生的煤灰腐蚀，可以利用提高煤的质量予以减少；加入适当的缓蚀剂，可使电化学腐蚀过程减慢。
2.4隔离腐蚀介质
在零件表面上涂覆防护层，用于隔绝介质的腐蚀作用是广泛应用的防腐措施。常用的保护层有金属保护层、化学保护层和非金属保护层三种。如涂覆油脂、油漆；通过电镀、喷镀、化学镀、热镀和渗镀等方法隔离金属与输送介质的接触；利用电化学保护措施防止金属腐蚀等。
3结语
对于各种输送介质下密封件的腐蚀机理，要通过腐蚀失效分析，正确地确定腐蚀发生的原因和腐蚀模式。在此基础上，通过采取有针对性的措施来抑制和缓解泵类设备的机械密封腐蚀。同时也要切记，腐蚀和防护是一个复杂的系统工程，过分强调某一方面的因素是不恰当的，甚至一些在其他场合被证明是行之有效的腐蚀防护措施，在某些环境下并不一定有效。
参考文献
[1] 孙智,江利,应鹏展.失效分析-基础与应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2] 刘磊,刘立源,王华,等.内流机械密封结构及在螺杆泵驱动装置上应用[J].石油矿场机械,2013,42(10):60-62.
[3] 彭德迟,余良旺.泵用机械密封腐蚀失效分析[J].水泵技术,2006(3):27-29.
[4] 李希会.泵串联机械密封及系统改造[J].石油矿场机械,2006,35(2):93-94.
[5] 杨诗成.泵与风机[M].北京:中国电力出版社,2007.
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