机械密封的选用

介质或使用条件

特点

对密封要求

机械密封的选择

强

腐

蚀

性

介

质

盐酸、铬酸、硫酸、醋酸等

密封件需承受腐蚀，密封面上的腐蚀速率通常为无摩擦作用表面腐蚀速率的10~50倍

密封环既耐蚀又耐磨，辅助密封圈的材料既要弹性好又要耐蚀、耐温

要求弹簧使用可靠

1—大弹簧；2—波纹管；

3—静环；4—动环座

(1)参考表常用机械密封材料中表5选择与介质接触的材料

(2)采用外装式机械密封，加强冷却，防止温度升高

(3)如用内装式密封，弹簧加保护层，大弹簧外套塑料管，两端封住，或弹簧表面喷涂防腐层，如聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、氯化聚醚等。应采用大弹簧，因丝径大，涂层不易剥落

(4)采用外装式波纹管密封。动环与波纹管制成一体，材料为聚四氟乙烯(玻璃纤维填充)，静环为陶瓷；弹簧用塑料软管或涂层保护，与泄漏液隔离，如左图所示

(5)外装式密封适用压力p≤0.5MPa

易

汽

化

介

质

液化石油气、轻石脑油、乙醛、异丁烯、异丁烷、异丙烯

润滑性差，易使密封端面间液膜汽化，造成摩擦副干摩擦，降低密封使用寿命

要求摩擦因数低、导热性好的摩擦副材料

密封腔，尤其是密封端面要有充分冷却，防止泄漏液引起密封端面结冰(靠大气侧)

(1)介质压力p≤0.5MPa采用非平衡型密封；介质压力p＞0.5MPa采用平衡型密封，降低端面比压

(2)采用非加压式双端面密封，从外部引入密封流体至密封腔(见表 泵用机械密封冲洗系统密封方案52)

(3)摩擦副材料建议采用碳化钨-石墨或碳化硅-石墨

(4)装设喉部衬套，以保证密封腔内必要的压力，使密封端面间的液体温度比相应压力下的液体汽化温度低约14℃。例如泵的叶轮与密封之间装设喉部衬套

(5)加强冷却与冲洗，以保证密封腔要求的温度

(6)采用加压式双端面密封，但需注意隔离液不能污染工艺介质，并保证隔离液压力高于被密封介质

高

黏

度

介

质

润滑脂、硫酸、齿轮油、汽缸油、苯乙烯、渣油、硅油

黏度高时润滑性能好，但过高会影响动环的浮动性，增加弹簧的传动力矩

黏度过高时，密封面之间不易形成液膜，润滑性能差，损坏密封环

摩擦副材料耐磨，弹簧要有足够的能力克服高黏度介质产生的阻力

避免密封腔温度过低而引起介质的黏度增高，要求密封腔保温或加热

(1)一般黏度的介质，当p≤0.8MPa时，选用单端面非平衡型密封；当p＞0.8MPa时，采用平衡型密封。当介质黏度为700~1600mPa·s时，需加大传动销和弹簧的设计，用以抵抗因黏度增加而增加的剪切力，大于1600mPa·s时，还需要加强润滑，如单端面密封通入外供冲洗液，或双端面密封通入隔离流体

(2)采用静止式双端面密封且带有加压式冲洗系统

(3)采用硬对硬摩擦副材料组合，如碳化硅-碳化硅，或碳化钨-碳化硅

(4)考虑保温结构，保证介质黏度不因温度降低而增高

含

固

体

颗

粒

介

质

塔底残油、油浆、原油

会引起密封环端面剧烈磨损。固体颗粒沉积在动环处会使动环失去浮动性，颗粒沉积在弹簧上会影响弹簧弹性

摩擦副耐磨，要能排除固体颗粒或防止固体颗粒沉淀

(1)采用加压式双端面密封，在密封腔内通入隔离流体。靠近介质侧的摩擦副采用碳化硅-碳化硅的材料组合

(2)若采用单端面密封，应从外部引入比被密封介质压力稍高的流体进行冲洗，当采用被密封介质进行冲洗时，在进入密封腔之前，把固体颗粒分离掉，且应采用大弹簧式密封结构

气

体

空气、乙烯气、丙烯气、氢气

润滑性能差，端面磨损大，渗透性强

用于搅拌设备时，多为立式，轴较长，摆动与振动较大，工艺条件变化较大，有时在高压下，有时在低压或真空下操作

用于压缩机时，转速高

石墨浸渍密封环孔隙率低、摩擦副材料耐磨

密封环浮动性能好，尤其是用于搅拌设备的密封

用于真空密封时，要注意外界空气漏入，注意密封的方向性

1—油封；2—冷却外壳；3—补偿动环组件；4—辅助密封圈；

5—带有两个辅助密封圈的非补偿静环

(1)若用于搅拌设备的密封，当介质压力小于或等于0.6MPa时，可采用单端面密封(外装式)，并要求带有冷却外壳，如图所示。当介质压力大于0.6MPa时，或密封要求严格的场合，应采用加压式双端面密封

(2)用于真空密封时，多采用加压式双端面密封，通入真空油或难以挥发的液体作为隔离流体。用 V 形辅助密封圈需注意方向性

(3)用于压缩机密封，若转速较高，详见本表“高速”一栏。同时还要减小浸渍石墨环的孔隙率

高

温

热油、热载体、油浆、苯酐、对苯二甲酸二甲酯(DMT)、熔盐、熔融硫

随着温度增高，加快密封材料的磨损和腐蚀，材料强度降低，介质易汽化，密封环易变形，橡胶老化，组合环配合松脱

密封材料耐高温，具有良好的导热性，低的摩擦因数和线胀系数

保证密封面间隙中液体温度低于介质汽化温度15~30℃

(a)

(b)

1—金属波纹管；2—压缩弹簧；3—压装的补偿静环；
4—非补偿动环；5—垫片；6—轴套

(1)密封材料需进行稳定性热处理，消除残余应力，且线胀系数相近

(2)若采用单端面密封，端面宽度应尽量小，且需充分冷却和冲洗

(3)采用加压式双端面密封，外供隔离流体，为了提高辅助密封圈的寿命，在与介质接触侧的密封设置冷却夹套(见图a)

(4)温度超过250℃时，采用金属波纹管式密封(见图b)。垫片 5 通过轴端螺母(图中未示)经轴套 6 压紧

(5)辅助密封圈材料使用温度范围见表常用机械密封材料中表2

低

温

液氧、液氨、液氯、液态烃

密封环材料易脆化，密封圈易老化，失去弹性，影响密封性能

因温度低，大气中的水分会冻结在密封面上，加速磨损

密封面摩擦生热会使液膜汽化，造成干摩擦，损坏密封

低温时，材料收缩，应选择线胀系数相近材料

密封材料耐低温，要有良好的疲劳强度和冲击韧性，要注意石墨在低温下的滑动

辅助密封圈要耐低温老化，有一定的弹性

保冷或与大气隔离，防止冻冰

密封面有良好润滑，防止密封端面液膜汽化

1—非补偿动环；

2—补偿静环；

3—金属波纹管；

4—压缩弹簧；

5—压板；

6—抽送液化气体的泵；

7—阻封气体进口；

8—阻封气体出口

(1)介质温度高于-45℃时，除液氯外可采用单端面密封，但需要注意大气中水分使密封圈冻结，导致密封失效，常在密封外侧设置简单密封，并通入清洁的阻封液

(2)介质温度高于-100℃时，采用波纹管密封，上图用于液化气密封，阻封气体为干燥惰性气体，防止大气中水分冻结在密封上

(3)介质温度低于-100℃时，采用静止式波纹管密封，防止波纹管疲劳破坏

(4)密封液态烃(如戊烷、丁烷、乙烯)时，建议采用加压式双端面密封，用乙醇、乙二醇作隔离流体，丙烯醇可用于-120℃

(5)摩擦副材料推荐用碳化钨-碳石墨

(6)采用低端面比压，加强急冷与冲洗，防止液膜汽化

高

压

合成氨水洗塔釜液、乙烯装置脱甲烷塔回流液、环氧乙烷解析塔釜液、加氢裂化原料、加氢精制原料

引起端面比压和pv值增高，导致液膜破坏，磨损加剧，密封变形和压碎，使密封失效

注意材料强度和刚度，防止变形

加大弹簧和传动销，以满足在高压下启动转矩增大时的强度要求

摩擦副材料有较低的摩擦因数、良好的导热性能和较高的pv值

密封面要保证润滑

(1)采用平衡型密封，减小载荷系数，以降低端面比压

(2)被密封介质压力大于15MPa时，宜采用几个单级密封串联起来的多级密封，如图所示，逐步降低每级密封压力

(3)摩擦副材料宜用碳化钨-碳化硅，若用浸渍金属石墨，严格要求浸渍石墨的孔隙率，以防渗漏

(4)采用流体静压密封或流体动压密封，提高p_cv值

(5)加强冷却和润滑

高

速

尿素、丙烯、聚乙烯

由于离心力的作用，严重影响弹簧或波纹管的弹性，甚至失效

增大密封件的转动惯量，会激烈搅动周围介质，从而增加阻力，影响转动件的平衡

摩擦副材料有较高的pv值

对转动件进行动平衡校正，防止振动

具有良好冷却和润滑

避免密封环材料产生热应力裂纹，热变形

乙烯装置加氢进料泵机械密封

1—动环；2—静环；3—涨圈；4—弹簧；5—静环密封圈；

6—静环座；7—密封圈

(1)滑动速度v＞25m/s时，采用静止式密封，如图所示动环与轴直接配合，利用轴套与轴端螺母夹紧，传递力矩；v≤25m/s，采用旋转式密封

(2)转动零件几何形状须对称，传动方式不推荐用销、键等，以减少不平衡力的影响

(3)选择较小摩擦因数的摩擦副材料，如碳化硅-浸铜石墨，端面密度应尽量减小

(4)采用平衡型流体动压密封，选择较高的p_cv值的摩擦副材料组合

(5)加强冷却与润滑

注：对于压力、温度不高的一般介质，宜选用平衡型内装式单端面密封。