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软填料密封泄漏及处理
添加:2018-8-2 9:22:28    游览:2299    来源:网络

  摘要:通过对软填料密封泄漏的原因、途径、形式进行分析,采取相应的解决方法,选择适当的软填料,延长了使用寿命。

  关键词:软填料,密封,泄漏,润滑

  一、前言

  软填料密封在生产中应用广泛,尤其是阀杆(轴)的密封。软填料密封结构简单,使用和维护方便,既适用于各种旋转和往复运动的轴、杆,也适用于低速螺旋运动(阀杆)的密封。软填料密封的本质就是:利用密封填料的柔软特性,在轴向压紧力的作用下径向膨胀,阻塞可能存在的液体泄漏通道。

  某厂PKM汽化炉生产控制过程中的锥阀轴填料,尤其是排灰系统阀轴直径达 150mm,由于介质是蒸汽、灰渣,温度300℃,压力又较高(2.8MPa),一旦泄漏,将会导致汽化炉停车,重则会冲刷坏阀轴及炉本体。另外,各种工艺介质管线重要阀门填料泄漏,既污染现场环境,又带来安全隐患,影响生产的稳定连续运行。为延长填料的使用周期,对填料的泄漏原因进行分析,并采取相应的解决办法。

  二、泄漏原因及途径

  软填料和填料函的体积在运行过程中,都会发生变化。对填料来说,由于润滑剂的流失、纤维的萎缩、磨损、化学侵蚀、受热分解、老化变硬、挤出等会引起填料体积的减少。而阀轴(杆)与填料函壁的磨损又导致填料函体积的增大。这两种变化过程周期长短,对软填料寿命有很大影响。

  1.泄漏的根本原因

  (1)存在泄漏通道即填料对介质的阻力不是无限大,这是主要原因。

  (2)填料两侧存在压差或沿泄漏方向有相对运动,存在泄漏的推动力。

  2.泄漏的途径

  (1)通过填料与静止件界面的泄漏。

  (2)通过填料本身的泄漏它取决于被密封介质的渗透力和填料本身的内部结构。

  编织填料和气体介质易出现这种泄漏。渗透泄漏是由于密封材料的微观空隙大于介质分子直径,使之得以通过。如果加压使填料密度提高,微观空隙直径小于介质分子直径,且介质分子作用时,填料微观空隙周边分子不发生位移而加大空隙,就可能防止泄漏。

  (3)通过填料与运动界面之间的泄漏绝大部分液体介质通过这种途径泄漏,它也是泄漏的主要途径。

  3.泄漏的形式

  被密封流体介质通过软填料与运动界面的泄漏有多种形式。常见的有间隙泄漏、多孔隙泄漏、粘附泄漏和动力泄漏等。

  (1)间隙泄漏

  流体通过宏观间隙发生泄漏。填料密封两侧的压差、轴向长度、径向间隙的大小和轴的偏摆程度对介质泄漏有很大影响。

  (2)多孔隙泄漏

  从微观的角度考虑,密封件的表面不可能是理想的光滑表面,其微观表面形状是凸凹不平的,许多凸峰和凹坑构成了不规则的相互连通的泄漏通道,在压差的作用下,流体通过泄漏点泄漏。这是软填料密封的主要泄漏形式。

  (3)粘附泄漏

  液体在往复运动配合处特有的泄漏形式。由于液体与固体表面的粘附作用,使微观凹槽中留有少量的液体,被运动表面带到外侧,当密封表面返回时,被带出的液体部分被留在外侧成为漏液。其漏液随往返次数和行程距离的增加而增加。粘度较大的流体介质,如酚水焦油填料泄漏多是这种情况。

  (4)动力泄漏

  转轴表面上留有的螺旋加工痕迹,产生“泵液”作用。轴转动时,痕迹槽内的液体沿螺旋槽轴向流动,如果与泄漏方向一致,则轴的转动造成液体泄漏,且随转速的增高,泄漏加剧。这种情况常见在泵填料。

  三、控制方法

  针对软填料泄漏原因及形式,采取相应的处理方法,保证密封有足够长的使用寿命。

  1.提高阀杆与转轴的加工精度

  为了防止和减少粘附作用泄漏,应尽量减少微观凹槽的深度,减小阀轴(杆)的表面粗糙度值,一般不大于3.2μm。防止和减少动力泄漏的有效方法是避免在转轴表面张残留螺旋形痕迹,或控制螺旋形痕迹的方向与泄漏方向相反。

  2.密封间隙尽量小

  为实现这个目的,对软填料施加的力必须使填料与被密封表面之间产生的接触应力能封堵被密封介质,使软填料保持与轴紧密接触,阻塞可能存在的泄漏通道。但是,当填料和填料函体积发生变化,使密封间隙变大,就应采取相应的补救措施。我厂排灰系统锥阀轴,它的运动为径向90°,驱动力来自轴头一侧的液压缸。由于阀轴运动的偏摆,不对中,而且动作频繁。长时间运行,会导致阀轴与填料函间磨损,间隙变大,且是不规则的径向间隙。压紧的软填料可由此进人介质中,最终导致泄漏。为减小间隙,可在填料函底部加纯铜补偿环,来补偿密封间隙。这样,既节约了时间,又降低了成本。但如果磨损间隙较大,则应更换阀轴及填料函。对由于阀杆的偏摆而导致填料函磨损间隙变大,可根据介质情况,选择加纯铜环、填充聚四氟乙烯环或骨架填料环来解决。填充聚四氟乙烯,是近年发展起来的新型材料。它有优良的性能,具有高度的化学稳定性,能耐几乎所有的强腐蚀、强氧化性化学物质,温度使用范围广,优良的自润滑性和突出的表面不粘性,很适合应用于酚水焦油等腐蚀介质。

  3.选择适当的填料

  软填料应柔软、有弹性、有良好的润滑性能。填料柔软使其变形后能较容易填塞密封界面的微观泄漏通道,并且摩擦功耗低。良好的填料回弹性可以补偿因体积损失引起的应力松弛,以及降低被密封轴(杆)不圆度及偏摆对密封作用的不利影响。良好的润滑性是保证密封长周期运行的必要条件,同时使密封具有较低的摩擦功耗和磨损速率。软填料被压紧后,轴向压缩,填料中的浸渍润滑剂被挤出,在接触面形成液膜,有利于阀轴(杆)动作,同时,保持填料完整性。如果润滑性能不好,软填料就会发干、老化、变硬,容易划伤阀轴(杆),使阀轴(杆)运动困难,导致泄漏。我厂排灰系统锥阀轴填料,曾经因集中供油泵效率低,压力不足,润滑油供应不上,软填料润滑不好,工作条件恶化,使软填料密封失效。更换润滑油泵后,保证了填料的润滑,使其寿命大大提高。锥阀轴填料有6圈,由于早期都选用同样的填料,较硬的填料压紧困难,导致压盖螺栓滑扣;较软的填料容易被挤出流失。现在,最里圈和最外圈采用强度高、抗冲击性能较好的且耐高压和一定高温(<350℃)的碳纤维浸四氟填料,中间几圈选用密封性、润滑性、回弹性良好的含石墨填料,使用效果良好。

  选择软填料时,对轴(杆)动作频率较高的,尽量不选用石棉编织填料。相对石墨、碳纤维浸四氟等材料,石棉摩擦因数较高,对轴(杆)磨损较重,检修时肉眼即可看出明显的磨损痕迹,长期高温作用对其强度影响也较大。各种材料的摩擦因数见表1。

表1 摩擦因数对比
材料 石棉 石墨 碳纤维浸四氟
摩擦因数 0.25~0.40 0.13~0.15 0.15~0.20

  软填料的选择,应从密封介质、润滑性、摩擦性等几方面综合考虑,我厂各种介质填料选择见表2。

表2 介质填料选择情况
密封介质 软密封材质
蒸汽 袋编 长纤维白石墨石棉绳
氧气 格编 浸PTFE非洲蓝石棉绳或经特殊处理的浸PTFE的PTFE纤维编织绳
袋编 纯白石棉绳
冷、热水 袋编 浸矿物脂长纤维白石墨石棉绳或含矿物脂的长纤维石墨石棉绳
缠绕石墨石棉绞合绳
酚水焦油 金属型润滑剂和石墨处理的铝箔包石棉
纤维和橡胶石墨润滑石棉布
含水氨、氨气、液氨

格编 浸PTFE的PTFE纤维编织绳
袋编 浸PTFE非洲蓝石棉绳浸矿物脂长纤维白石墨石棉绳
金属型 润滑剂 和石墨处理的铝箔包石棉

  软填料型式,根据密封轴(杆)直径、密封槽宽度来选择。轴(杆)径越大,其表面积越大,要求软填料的可移位性越大,即填料的微观空隙应越多,软填料的宽度也越大。填料绳宽度应比密封槽宽度小0.5~1mm,填料环的外径应小于填料函孔径0.30~0.50mm。内径大于轴径0.10~0.20mm,切口一般为轴向45°,填料环内应有骨架,防止变形破碎。

  表2 介质填料选择情况

  4.加强巡检,操作,维护保养

  大约90%左右的软填料密封,尤其是气体介质密封,都是因为发现和紧固不及时,而导致密封失效。所以加大巡回检查力度,及时发现泄漏,紧固填料,是行之有效的方法。另外,巡检人员应配备和携带必要的工具,例如305mm活扳手、533~457mm六角扳手、手锤等。

  操作手阀时,施加在手轮上的力应对称均匀,严禁采用单侧加力。使用F扳手严禁违规加套管野蛮操作,一般关闭阀门不使用F扳手。对有正反转要求的轴,切换时,必须使轴停止转动,稍后进行反转操作。同时,及时紧固填料。对集中供油泵润滑的锥阀轴填料,严格保证润滑周期(3min/0.5h),对手阀填料,定期通过填料函和阀杆支架的注油孔补加润滑脂,保持填料的润滑性和阀杆的灵活性。压紧填料时,填料螺栓应对称压紧,填料压盖保持水平。压紧螺栓应保持良好润滑,防止因生锈而紧不动。对于蒸汽和冷热水介质,这点尤为重要。

  5.定期有计划更换软填料

  软填料的压紧是有一定限度的,并不是压得越紧越好。紧填料时以不漏为准,并非是紧不动为止。填料被压至失去微观空隙,失去移位可能性后,填料就变成相对刚化体,超过一定刚化程度,在阀杆运动时,填料被刮断。这样,不但导致密封介质泄漏,而且被刮下的填料填充在阀杆表面形成填料粘附层,阀杆运动时,此粘附层与填料亲和而增加磨擦力。根据各种介质填料的使用经验,确定使用周期,定期有计划地更换有相对刚化倾向的填料,大大减少了因填料突然泄漏造成的被动局面。更换填料时,应检查、疏通油道,保证油路畅通。安装填料环时,逐圈装填,相邻两道填料环切口错开一定角度,6圈错开120°,4圈错开90°,这样装填方式,使各圈受力均匀,并且可避免缠绕或松脱。圈数较多时,应装填一道压紧一道。更换填料绳时,沿轴向顺时针逐圈缠绕,中间不切断,起点与终点尽量在同一角度,避免填料受压不均匀。填料压盖外剩余的部分应清除干净,不留尾巴,防止介质渗透泄漏。

  四、结束语

  通过对软填料密封泄漏原因分析,并采取相应的解决办法,延长了软填料密封的使用寿命,保证了生产的长周期稳定运行,取得了良好效果。

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