前言

企业在购买新的泵、搅拌器或其它类型的旋转设备时，经常会问：“在必须拆卸维修之前，我的设备能够运行多长时间？”在某些情况下，可以考虑升级其现有泵，以提高其可靠性、生产量和效率，或使其符合联邦或地方排放法规。问题通常是相同的。

在许多工业泵应用中，密封是最关键的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情况下，液位或压力报警，密封通常会迫使泵停止运行。虽然密封经常被认为是设备故障的原因，但真正的原因通常出在泵的运行和机械条件或密封的环境控制系统。

已成功实施提高平均维修间隔时间（MTBR）计划的公司，实现了三年或更长的平均密封寿命，从而降低了泵组的生命周期成本（LCC）。泵应用的LCC预测可能因密封MTBR的不同而不同。在故障风险较高的情况下，谨慎的做法是寻求专家建议，因为寿命估计中的错误可能会产生代价高昂的后果。

任何密封MTBR预测的关键是了解最可能影响密封性能的因素。机械密封的关键性能指标通常是泄漏量和功耗。

预测一下机封寿命？

预测机械密封的使用寿命不是一项容易的事情，因为宏观上的密封性能受到微观层面许多现象的影响。

密封的可靠性，在很大程度上取决于其在配合面之间的间隙中保持稳定液膜的能力，同时最大限度地减小这些面的摩擦区域机械接触的持续时间和程度。接触过多可能会使材料过热；接触不足可能导致高泄漏量。

关键零部件

机械密封面的工作原理与轴承非常相似。主要区别在于，润滑剂通常是泵送液体本身，在压力下、有时在高温下可能是脏的、易挥发的、粘性的、有毒的或爆炸性的。

显然，密封面是任何机械密封中最脆弱的部件，但其它部件，如辅助密封元件（O形环、波纹管）或金属部件，如弹簧、驱动销或固定螺钉，在过度移动或高温高压下也可能影响密封的寿命。本文重点讨论影响密封面寿命的因素。

为了对端面密封的预期寿命进行合理评估，需要了解有关机械密封功能的一些基本知识。记住五个关键性能因素可以指导确定机械密封的最佳更换周期。

密封面磨损

首先，必须知道密封很少出现过度泄漏，除非密封面已经完全磨损。如果发生这种情况，两个面中较窄的面将磨损到失去接触的程度，并为流程液体泄漏到大气中形成泄漏路径。事实上，密封面的正常磨损率极低，因此不是过度泄漏的典型原因。

在高压应用和引起密封面材料磨蚀磨损的流体中，可能会发现磨损的密封件。在大多数需要对密封组件进行解体检查的情况下，密封面确实显示出损坏的迹象。在这些情况下，较窄的密封面的磨损仍有足够的材料，但表面的摩擦区域受到损坏，导致泄漏量达到不可接受的程度。这些损坏症状可能会有所不同 - 从肉眼几乎看不见到严重的损伤，如密封面破裂。

常见的损伤症状是点蚀、起泡、碎裂、划痕和热冲击裂纹。机械密封的正常更换是例外情况，因为在这种情况下，设备很可能因与密封无关的其它原因或仅仅是出于预防性维护原因而停止使用。机械密封出现过度泄漏的症状，是设备、流程或控制系统中存在更深层问题的明显证据。

密封失效的类型

根据MTBR，密封失效可分为初期型、磨损型或随机型。从统计学来讲，随机失效（也称为偶然失效或寿命中期失效）是主要类型。初期故障通常是由不正确的密封选择、安装或启动引起的，并且随着集装式设计的机械密封的广泛应用，初期故障实际上已基本消除。

在运行相当长的时间后，随机故障往往会意外发生，其典型特征是密封的泄漏行为从正常到过度的快速变化。在运行工况下，这可能表现为在高压或高速应用中从不可见的泄漏量变化为滴流，或从稳定滴流变化为少量泄漏。

随机故障很难预测，因为它们通常是工艺操作或设备引起的瞬态的结果，而这是密封面材料无法容忍的。瞬态运行工况可能是有意引起的，也可能是泵中部件故障或意外工艺偏差的结果。验证密封是否能够处理预期的瞬态是使用寿命评估中的关键步骤，因为瞬态工况很可能对密封面产生破坏性影响。

与循环（非稳定工况）应用相比，本质上连续、稳态的应用相对容易。事实上，可以安全地假设，如果密封面处的润滑膜始终保持稳定，则密封面几乎将永久保持完好无损，因此密封将不会成为设备使用寿命的驱动因素。

在估算机械密封的寿命时，还必须考虑应用限制、最小泄漏要求和密封环境。在离心泵基础 - 机械密封能使用多长时间（下）中，将讨论影响密封寿命和后续更换需求的其它三个关键因素。

在许多工业泵应用中，密封是最关键的部件。由于泄漏量不可接受，或者在某些情况下，液位或压力报警，密封通常会迫使泵停止运行。虽然密封经常被认为是设备故障的原因，但真正的原因通常出在泵的运行和机械条件或密封的环境控制系统。五个性能因素会影响机械密封的使用寿命，并指导确定该密封的最佳更换周期。它们还可以提高密封使用寿命和平均维修间隔时间（MTBR），从而降低泵的生命周期成本（LCC）。

密封应用限制

第三个因素是发布机械密封的应用限制，通常由压力、速度和温度定义，容易被误解。

大多数密封制造商表示，在其中一个限制工况下运行密封将导致最短使用寿命可能低于两年，而一些密封类型（如API 682标准中规定的密封类型）使用寿命至少为三年。发布的限制虽然对于稳态运行可靠，但对于循环（非稳态）运行来说可能被夸大或不可靠。API 682密封可能是一个例外，它通过包括一系列循环测试来确定特定密封类型适用于一系列服务，从而专门解决了这一缺点。

通常，对于密封可以承受多少特定的瞬态压力、速度、温度、气体或固体滞留或振动，没有固定的准则。在这方面需要专家的建议。

密封面偏转

密封面在瞬态期间的偏转量取决于几个因素，包括瞬态的规模和速度，以及密封面的坚固性或强度。最重要的是，随着运行工况的变化，密封面会发生变形，可能会改善或降低密封面的润滑。可靠的密封是对预期或意外瞬变的敏感度较低的密封。密封的灵敏度可以通过其在所有可能的瞬态期间保持或多或少平行密封面的能力来确定。

灵敏度也可以通过正确选择材料和环境控制系统来控制。例如，具有硬面/硬面组合的密封，如碳化钨（WC）和碳化硅（SiC），是脏的流体或在某些情况下高压应用的首选，它们非常容易受到液膜完全或部分损失的影响。当这些材料相互碰撞时，任何类型的损坏通常都是不可恢复的，并且随着时间的推移只会变得更糟。

新的密封面材料和处理技术，如金刚石涂层，有望在这一领域取得重大进展。另一方面，以碳石墨为耐磨材料的硬面/软面组合具有独特的优势，它们可以承受更高的载荷，承受更长的润滑不足时间。最重要的是，在碳石墨表面损坏后更容易恢复。

碳化硅相对于硬碳-石墨通常被认为是现有材料中负载能力极限最高的之一，最能耐受干运行，因此是许多应用的首选材料组合。

应用限制

毫无疑问，当使用更粗的轴直径、更快的速度以及更高的温度、压力和固体含量时，应用变得更加困难和危险。必须相应地优化密封面的坚固性及其有效散热的能力。

在许多苛刻的应用中，明智的做法是考虑定制工程机械密封，这些机械密封专门设计用于处理设备的异常事件或预定义的运行模式。可以选择不同的密封面设计和润滑技术，以延长其密封面的使用寿命。

对于大多数应用，密封寿命可能超过三年。API 682和水力学会出版物《泵的机械密封：应用指南》为指定工程密封提供了良好的规则。

泄漏要求

第四个因素是所有端面密封必须具有少量泄漏，以在所有运行模式下保持足够的润滑膜。

由于密封在这些有利的润滑状态下运行，因此能耗降至最低，从而使密封运行更加经济。泄漏量通常为每天几毫升或更少，并且不可见。对于涉及高压、高速或大轴直径的特殊应用，这一数字可能要高得多。有关预期泄漏量的计算，请咨询密封供应商。

机械密封在绝大多数应用中都能满足当今的排放限制。预测任何给定应用的泄漏和摩擦行为都可能具有很高的准确性，这有助于为密封的正常、可疑和故障行为设定操作员指南。

当压力、温度或速度等运行工况改变时，泄漏量会增加或减少。这意味着泄漏量取决于泵的运行方式以及密封面对任何瞬态运行工况的响应程度。低且一致的泄漏模式的关键是保持密封面平整度。密封的关键性能指标（KPI）可能因使用的密封（端）面技术和材料而异。

任何给定的应用通常都有几种解决方案，这些解决方案在成本和收益方面差异很大。密封供应商通常推广独特的功能，以增强或优化密封面的润滑。一些OEM提倡高压应用的硬面/硬面组合，而其他OEM则坚持硬面/软面组合。每个人应对异常事件的能力各不相同，最佳选择并不总是显而易见的。

密封环境

最后，密封的可靠性取决于其运行环境。

通过从多种方法中选择和应用合适的系统，可以操纵或控制运行环境 - 这几乎与密封本身一样重要。大多数密封需要一个冲洗系统来排出密封产生的热量。如果该系统发生故障，可能会导致问题。“凉爽的密封就是快乐的密封” 对于大多数应用来说都是正确的。

有些流体可能会随着压力或温度的变化而改变状态。如果在选择密封和控制系统时不加以解决，可能会给密封带来麻烦。

环境控制系统可用于防止或最小化某些瞬变的负面影响，消除密封面的摩擦热，减少冲洗液中固体的存在，改善工况以防止流体蒸发或冻结。最重要的是，它们最大限度地减少了故障对周围环境的影响。

ANSI、API和ISO标准中包含了多种冲洗方案。密封类型和材料的多样性，加上各种冲洗方案，使密封选择变得非常具有挑战性。可以在www.fluidsealing.com上找到有用的提示和工具，如FSA密封寿命周期成本估算器。该工具可以比较各种密封类型和系统，以帮助有效地选择密封系统。

选择“最有效的密封技术”需要对驱动密封性能的因素有充分的了解……不仅在正常运行工况下，而且更重要的是在异常工况下。