国内外机械密封行业发展历程回顾、行业竞争格局及存在的主要问题分析20140516

一 国内外机械密封行业发展历程回顾 机械密封最早于 1885 年在英国以专利形式出现 20 世纪初开始应用于实 践 简单的端面机械密封解决了机器制造业中转轴密封问题 同惯用的填料密 封相比 无论在功能上还是构成原理上 机械密封都有着明显的先进性 但由 于当时缺乏合适的材料和加工机床 尽管这种密封结构有很多优点 其效用并 未完全发挥 机械密封的应用还不多 直到 20 世纪 20 年代 随着新工艺和新 材料的出现 机械密封的使用可靠性和寿命得以提高 加上制造费用的降低 机械密封才逐步在许多冷冻装置上得到较多的使用 20 世纪 30 年代后 机械 密封开始用于内燃机水泵的轴封 第二次世界大战之后 机械密封在美国得到了迅速普及 随着石油化学工 业的发展 石墨 陶瓷 硬质合金等材料在机械密封动静环制造中的应用以及 加工技术中表面粗糙度控制水平的提高 PV 值达到了 15MPa m s 20 世纪 50 年代机械密封结构出现了平衡型机械密封和中间环密封 PV 值达到了 30MPa m s 1959 年达到了 80MPa m s 20 世纪 60 年代年由于原子能工业的要 求 机械密封结构出现了流体动压密封和流体静压密封 PV 值迅速提高到 167MPa m s 20 世纪 70 年代年由于宇航和核电方面的特殊要求 机械密封结 构出现了多级密封 在材料上出现了碳化硅和优质的不同浸渍材料的碳石墨 PV 值达到了 360MPa m s 1977 年由于核电等特殊需要采用螺旋 机械密封组合 的密封 改进的中间浮动环密封等 浮环 机械密封组合密封等 PV 值达到了 500MPa m s 20 世纪 80 年代随着人们环境保护意识的提高 研制出了 零泄漏 机械 密封 在流体动压密封原理的基础上 开发出了热流体动力楔机械密封和上游 泵送机械密封 在保证密封性能的同时 为了获得较长的使用寿命 利用自动 控制理论 人们开发出可控机械密封 20 世纪 90 年代 PV 值达到了 5 700MPa m s 20 世纪 90 年代后 干摩擦 高低温 高压 高 PV 值 极端工 况下使用机械密封的越来越多 机械密封技术出现了端面的改形 改性技术 如用激光等在密封端面刻槽 打孔方法 力求在摩擦副之间形成稳定的气膜 液膜 用金刚石 类金刚石 高分子材料在摩擦副上形成涂层 解决机械密封 摩擦副端面磨损问题 延长设备维修周期 与此同时 机械密封行业先后颁布 了与设计 制造 使用等相关的标准和要求 1994 年美国国家石油协会颁布了 API682 标准 该标准对机械密封的选型 设计 选材 试验 制造 安装 泄 漏进行了规范 对整个机械密封行业的发展起到了重大促进作用 我国机械密封行业发展情况 我国机械密封起步于 20 世纪 60 年代 1963 年第一机械工业部通用机械研 究所开始研究硫化氢压缩机机械密封 1964 年该所对离心压缩机用机械密封进 行了攻关研究 将引进设备上的机械密封国产化 1965 年沈阳水泵厂等单位试 制泵用机械密封 1966 年我国第一家机械密封专业生产厂天津机械密封件厂开 始生产机械密封 1 970 年机械工业部 石油部 化学工业部所属科研 生产 使用单位组成 联合设计组 参考国外先进结构 联合设计了 系列泵用机械密封 1975 年 机械工业部批准颁布了 泵用机械密封标准 1978 年化学工业部批准颁布了 釜用机械密封标准 20 世纪 70 年代后期 中国通用机械研究院有限公司 原合肥通用机械研究所 沈阳鼓风机厂联合开发成功离心压缩机用浮环系 列密封 兰州炼油厂也研制成功金属波纹管系列机械密封 针对中国机械密封 技术的发展 机械工业部开始部署机械密封定点生产企业 20 世纪 80 年代 我国通过攻关 消化引进技术 使机械密封在品种 材 料 技术参数等方面都有较大提高 1993 年国家颁布了国标 GB T14211 1993 机械密封试验方法 1999 年国家机械工业局修订了 机械密封技术条件 和 机械密封分类方法 为机械密封产品接近国外先进水平提供了保证 到 20 世纪 90 年代末 我国中型系列泵用机械密封在设计上已基本赶上国外同类产品 水平 二 全球机械密封行业竞争格局和市场化程度 全球机械密封行业经过一百多年的发展现已高度集中 在高端产品领域主 要被约翰克兰 伊格尔 博格曼和福斯等行业巨头所垄断并形成了稳定的专业化 分工 这些企业在各自的细分市场领域组织专业化生产 形成垄断优势 如约 翰克兰在石油化工领域 伊格尔 博格曼在核电领域分别处于领先地位 随着我 国经济高速 持续 稳定的发展 跨国企业纷纷进入中国市场 凭借研发 技 术 制造优势 在高端产品市场占据主要份额 中国机械密封行业经过多年的技术积累和发展 普通机械密封领域的技术 及产品日趋成熟 大部分应用领域已能替代进口产品 性能接近国外产品 但 高端产品还处于依赖进口的被动局面 仅有少数具备一定研发设计 生产和服 务能力的国内企业如四川日机密封件股份有限公司 丹东克隆等 发挥本土优 势和服务优势 在高端市场同国外企业竞争 在产品附加值低 技术含量不高 的低端产品市场中的众多企业竞争激烈 其利润率较低 未来行业竞争将从主 要以产品价格竞争逐渐进入产品研发 关键工艺技术 产品质量和服务质量等 多方面的综合竞争 行业龙头企业的市场份额将进一步提高 机械密封行业进入壁垒 1 技术壁垒 中国产业信息网发布的 2013 2017 年中国机械密封产业调研及投资方向 研究报告 指出 机械密封生产企业需要根据主机的生产工艺参数进行个性化 设计和制造 使机械密封在恶劣工作条件和最佳设计工况下安全稳定 长寿命 运行 而机械密封的性能和使用寿命取决于多种因素 如密封材料 密封结构 形式 端面参数 辅助系统 安装等 因此 机械密封生产企业在产品设计 制造工艺 质量管理 技术服务等方面需要具有较高的水平 才能满足客户使 用要求 对新进入企业来说 技术壁垒较高 需要长时间生产过程的经验积累 2 人才壁垒 机械密封是一门多学科综合性的边缘学科 涉及机械制造 化工机械 化 学工程 流体机械 材料工程 测控与仪表 工业自动化 机电工程等多个专 业 机械密封生产企业需要大量的优秀科研人员以保证企业技术研发水平的先 进性 需要大批经过专门培训的熟练技术工人以保证产品的可靠性 需要经验 丰富的技术服务人员以保证快速反应和服务质量 对新进入企业来说 人才壁 垒较高 3 业绩与客户认证壁垒 机械密封产品 特别是高端产品的客户如中石化 中石油等 出于安全 技术和质量的考虑 在采购时往往会对机械密封生产企业提出明确的业绩要求 或者要求其必须是合格供应商 行业的新进入者由于没有业绩和信誉背景 难 以取得用户的信任和订单 而要成为客户的合格供应商 需要经过较长周期的 资格审核 一旦获得认同 客户一般不会轻易更换供应商 为获得客户认同 机械密封生产企业需要不断开发符合客户需求的新产品 不断提高产品质量和 服务水平 持续的生产研发及服务投入需要资金 获得客户的认同需要企业的 能力和时间 对于新进入企业来说 形成一定的壁垒 三 机械密封行业存在的主要问题分析 与机械工业其他子行业相比 本行业规模较小 但其发展水平直接关系到 我国装备制造业的振兴大局 从世界工业强国发展历史来看 一个装备制造业 的强国 同时也是基础件产业的强国 我国已经是装备制造业大国 却面临着 大而不强的困境 其重要原因之一在于基础件不强 基础工业薄弱 为主机配 套的密封件等关键基础件的薄弱成为装备制造业发展的软肋 尽管近年来在市 场需求拉动下 本行业获得了快速发展 但在高端产品领域 几乎被美 日 德等强国所垄断 这种情形产生的原因主要在于受计划经济期间 重主机 轻 配套 思想的影响 长期以来本行业投入较少 基础差 底子薄 实力弱 与 国外先进水平相比 差距较大 突出表现在以下几个方面 1 研发创新能力较低 拥有自主知识产权的高端产品较少 全行业基础理论研究较薄弱 参与国际标准制订力度弱 自主创新体系的 建立尚不完整 多数企业产品技术源于仿制 缺乏创新 目前国产的多数产品 主要是 20 世纪 70 年代末 80 年代初引进国外技术的产品 许多产品的性能指 标已不能满足国家重点建设项目和主机发展的需求 大部分高端产品过度依赖 国外进口 自主创新尤其是原始创新能力不强 2 机械密封基础材料研发明显落后 以三项重要的机械密封基础材料为例 机械密封常用的碳化硅材料制品 国外每年的用量约在 6 亿美元左右 高强度 高韧性 自润滑性能良好的碳化 硅材料品种齐全 国内用量约 2 亿元人民币 而且以低端的反应烧结碳化硅为 主 性能与国外同类产品相比存在较大差距 机械密封用硬质合金环材料 国 外市场用量大约 4 亿美元 国内约 1 5 亿元人民币 国内硬质合金密封环材料因长期存在行业标准过低 材料牌号 规格少 产品性能指标差等情况 导致中国产品无法进入国内外高端市场 在高性能机 械用碳石墨材料领域 国外更是领先 而且西方公司至今仍然禁止向我国转让 高性能机械用碳石墨材料的生产技术 3 高端领域国际市场竞争力差 我国机械密封行业生产企业整体制造水平不高 中低端产品市场竞争激烈 产品利润率低 在密封件高端领域 如核岛内主循环泵用三级密封装置完全为 国外几家公司所垄断 产品在 90 年代就已经技术固化 形成了流体静压型和流 体动压型两大流派的产品系列 而我国则处于空白状态 大型石化成套装置用 高压干气密封 国外已经可以提供 45MPa 的成熟产品 并已开展 60MPa 产品的 技术研究 而我国的成熟产品则只适合于在 15MPa 以下的压力场合 承压能力 远远低于国外的产品 在超大直径等高参数密封件产品方面 国外已经有直径 大于 1 000mm 的整体密封件产品 我国基本停留在 400mm 以下 4 标准制修订工作滞后 制约了行业的发展 我国的密封技术标准水准较低