过程装备密封技术概论教学讲义

《过程装备密封技术》

第一讲概论

主讲人：强子1

概论

本章框架：

1.1

过程装备的密封问题

1.2

泄露与逸出

1.3

密封方式与分类

1.4

摩擦磨损与密封

教学目标及基本要求：

(1)了解过程装备密封问题的重要性、特点及发生泄漏问题的主要原因；

(2)了解过程装备密封的分类，摩擦与磨损的概念。化工厂设备与机器的密封

1.1

过程装备的密封问题

一、过程装备的密封

过程工程中，大部分过程是在相体和气相中并在一定的压力和温度下进行的，因此机器和设备本身以及它们之间的连接系统都存在一个流体（气体、液体或粉体）的密封（闭）问题，设备或机器内的工作流体可由内部向外部泄漏，或者外界的气体或其它物质进入负压设备或机器内部，这就是过程装备的密封问题。

二、过程装备泄漏的危害

密封不好将引起工作介质的跑、冒、滴、漏引起物质流失和能量损失、造成环境污染、生产不能正常进行、危急人体健康及生命安全。

三、过程装备密封的重要性

密封装置的工作性能是评价机械产品品质的重要指标，是决定工厂安全、经济生产的重要因素。

四、化学及石油工业中的密封特点

（1）、广泛性：化工设备机器复杂、管路众多，密封点多。

（2）、危害性：化工厂处理的多是易燃、易爆、有毒或腐蚀性产品，并且具有一定的温度和压力，如果发生事故，危害性大。

五、过程装备发生泄露的主要原因

（1）设计方面：

如设备或机器连接部位包括密封件、连接件和辅助装置的

形式、结构或

材料选择不当引起泄漏失效。

（2）制造安装方面：

制造过程中存在渗透性缺陷，如焊接过程中的裂纹、气孔等缺陷。

（3）使用方面：

安装配合不当，化学介质对密封的腐蚀、摩擦副端面的磨损，工作温度和压力的波动，机械振动或冲击，密封材料材料的高温退化或蠕变疲劳，误操作引起的泄漏。1.2泄漏与逸出两个相邻区域存在压力差、浓度差、温度差、速度差流体就会通过界面发生泄漏需要进行密封，控制相邻区域之间流体的相互交换

泄露通常是工作流体由机器设备的内部通过这一间隙向外部流出，但在负压真空设备中，周围环境的流体却通过该间隙流向设备内部。两个隔离的区域1和2分别包含同种或不同种的流体Ⅰ和Ⅱ，但它们具有共同的边界，这些边界可以是圆柱形的，例如往复机械或旋转机械中的轴、活塞或阀杆等，也可以是环形平端面，如法兰密封面。1—Ⅰ2—Ⅱ边界泄漏机理若两个区域存在压力差、浓度差、温度差、速度差等，流体就会通过这一界面而泄漏。“密封”意味控制这两个区域之间流体的相互交换，使界面处“没有泄漏”现象。

重点：揭示泄漏方式、成因、特点及泄漏量的计算公式。密封度（Tightness）：

用来评价密封的有效性，用被密封的流体在单位时间内通过接合面的体积或质量的泄漏量，即泄漏率（Leak

rate）来表示，密封度是一个相对的概念。零泄漏，即泄漏量为零，理论上静密封可以做到零泄漏，但实际上很难做到。允许泄漏率：

密封或密封装置应满足设计要求或生产所允许的泄漏率。不同情况的允许泄漏率根据行业和装置具体情况而定。

例如轴径大于50mm,泄漏率不大于5ml/h;

轴径小于50mm,泄漏率不大于3ml/h;泄漏的分级与定义：

泄漏级别

定义0无泄漏迹象。1可目视或手感湿气、冒汗，但没有形成滴珠。2局部有滴珠出现。3沿整个垫片周围有滴珠形成。4形成滴珠且沿垫片以5min或更长的时间滴漏1滴。5以5min或更短的时间滴漏1滴。6形成流线状滴珠。溢出（Emission）

在化工厂中，存在大量只凭听、看直觉不能发现的易挥发有机化合物从接头处溢出。因泄漏量比较小，通常用敏感的气体检测仪器测量溢出气体的体积浓度，一般以百万分率，即“ppm”表示。1.3

密封方式与分类

一、阻止流体在机器设备接合面发生泄漏的方法

（1）接合表面的精密配合

（2）接合的两表面中，加入容易变形的弹性或塑性元件，可以在一定压力下实现两表面与外加元件的之间的紧密配合。

（3）利用流体动压或静压力、磁场等作用，在接合间隙处形成阻碍流体泄漏的阻力。

此外，利用各种方法的特点，设计出组合式密封结构。二、密封分类

1、静密封：没有相对运动或相对静止的接合面间的密封称为静密封。

如：容器、管道的法兰接合面间的密封、阀体以及机器机壳接合面的密封。

静密封可分为三类：无垫密封、垫片密封、胶密封。

2、动密封：彼此有相对运动的接合面间的密封称为动密封。

如：泵、压缩机的螺旋杆、旋转轴或往复杆与机壳之间的密封。

动密封主要分为两类：往复轴密封和旋转轴密封。往复轴密封包括填料密封、隔膜密封、唇型密封和活塞环密封；旋转轴密封包括接触密封和非接触密封。

过程装备的密封分类见图教材P6图1-3所示。静密封直接接触密封垫片密封胶密封非金属垫片半金属垫片金属垫片动密封往复轴密封旋转轴密封填料密封隔膜密封唇形密封活塞环密封接触密封非接触密封

接触式密封O形密封圈密封

U形密封圈密封毡圈密封非接触式

间隙密封迷宫式密封移动运动密封装置

迷宫式密封1.4摩擦磨损和密封

一、摩擦:

在动密封中，两个相对运动的接触表面，由于机械加工的结构，必然存在不均匀的接触表面，当接触表面作相对运动时，必然伴随摩擦，摩擦会导致摩擦副零件的生热和磨损，这就是引起泄漏和密封件损坏的主要原因。

对动密封而言，摩擦、磨损和密封都与固体的表面性质和密封摩擦相对运动的摩擦状态有关。允许一定量的泄漏，是为了移走摩擦热，改善密封面润滑，减少摩擦副磨损。

实验得到的密封准数G和摩擦系数f的关系如下：式中，

φ－密封特性数，由密封型式决定；

η－密封流体的动力粘度；

v－端面的平均线速度；

b－端面宽度；

W－端面总载荷；

m－指数，与动密封型式有关，如旋转端面密封m=1/2。机械密封f-G特性

二、

(1)磨损引起磨损的原因：磨损是由摩擦引起的。

（2）

磨损的危害：磨损降低密封性能，缩短机器