2023年中國機械端面密封行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、細分產品及競爭格局分析預測
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報告發(fā)布方:中金企信國際咨詢《2024-2030年機械端面密封行業(yè)市場監(jiān)測及投資環(huán)境評估預測報告-中金企信發(fā)布》
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1、機械端面密封現(xiàn)狀分析:
(1)機械端面密封的簡介:機械端面密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。機械端面密封的工作原理是:在彈簧力和介質壓力的作用下,兩個密封端面緊密貼合,使密封端面之間的交界處形成連續(xù)(非接觸式)或間斷(接觸式)的液膜或氣膜,形成對帶壓介質的密封。
(2)機械端面密封的分類:按不同的介質和參數(shù)、設備類型以及端面接觸情況,機械端面密封可以分為:

(3)接觸式機械密封:
A、接觸式機械密封的簡介:接觸式機械密封是最早出現(xiàn)和應用最為普遍的一類機械端面密封。接觸式機械密封的基本元件包括:摩擦副、補償機構、輔助密封圈和傳動防轉機構組成。摩擦副包括旋轉環(huán)(動環(huán))和靜止環(huán)(靜環(huán));補償機構由彈性元件組成,如彈簧、波紋管等;輔助密封圈包括動環(huán)密封圈、靜環(huán)密封圈、壓蓋密封圈等;傳動防轉機構包括傳動銷、防轉銷、鎖緊傳動裝置等。
B、機械密封產品、機械密封輔助系統(tǒng)的技術原理、工作原理:機械密封(此處特指“機械端面密封”)是指由至少一對垂直于旋轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用以及輔助密封的配合下保持貼合并相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。其原理是:在彈簧力和介質壓力的作用下,兩個密封端面緊密貼合,使密封端面之間的交界處形成液膜,形成對帶壓介質的密封。具體包括:
a、動環(huán)在彈簧力和介質壓力的作用下,與靜環(huán)的端面緊密貼合,并發(fā)生相對滑動,阻止了工藝流體沿動、靜環(huán)端面的泄漏;
b、動環(huán)輔助密封圈阻止了介質可能沿動環(huán)與軸套之間間隙的泄漏;
c、靜環(huán)輔助密封圈阻止了介質可能沿靜環(huán)與端蓋之間間隙的泄漏;
d、用O形圈或墊片來密封端蓋與密封腔體連接處,阻止軸套與軸之間的泄漏。
簡而言之,通過在過程設備上加裝機械密封裝置,解決了圓周間隙泄漏的問題,讓工藝介質只能從動、靜這個端面往外流出。
C、接觸式機械密封的行業(yè)地位:接觸式機械密封是機械端面密封中的一種常見類型,具有工作可靠、泄漏量少、技術成熟等優(yōu)點,廣泛應用于石油化工、煤化工、管道輸送、電力、冶金、制藥、食品、船舶、軍工、航空航天等各個工業(yè)領域,主要用于解決在不同溫度、壓力、轉速等工況環(huán)境下旋轉設備運轉時的密封問題,是壓縮機、泵、釜等旋轉設備的核心零部件。
(4)干氣密封:
A、干氣密封的簡介:干氣密封是20世紀60年代末期在氣體動壓軸承的基礎上發(fā)展起來的一種新型、先進的非接觸式機械端面密封。干氣密封利用流體動力學原理,通過在密封端面上開設動壓槽而實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。
與接觸式機械密封相比,干氣密封具有以下優(yōu)點:①非接觸運行,摩擦副不磨損,密封使用壽命長,理論上可以和設備同壽命;②密封功率消耗小,僅為接觸式機械密封的5%左右;③與其他非接觸式密封相比,干氣密封氣體泄漏量?。虎墚敻蓺饷芊獾墓ぷ鹘橘|選用氮氣時,可實現(xiàn)危險介質的零泄漏或零逸出,是一種環(huán)保型密封;⑤干氣密封輔助系統(tǒng)在使用中基本不需要維護。干氣密封所具備的這些優(yōu)點,高度契合易燃易爆、有毒有害等危險介質裝置對軸封在安全、環(huán)保、節(jié)能、長周期運行方面的需求。尤其是在具有高溫、高速、高壓等特點以及環(huán)保要求極高的流體旋轉設備上,干氣密封具有廣闊的應用前景。
行業(yè)企業(yè)經過多年對干氣密封技術的開發(fā)、應用和改進,解決了設備低速、振動、頻繁啟動以及介質含粉塵、高溫、高壓等惡劣條件下影響干氣密封運行穩(wěn)定性的關鍵技術難題,擴大了干氣密封的應用范圍,其使用可靠性和經濟性已被很多工程應用所證實。從高速離心壓縮機,到頻繁啟動的螺桿壓縮機、固液分離的離心機、常規(guī)離心泵、低速反應釜、高速泵、真空泵、羅茨風機等;從干凈介質到有毒有害介質、顆粒介質、高溫介質、易凝介質;從轉速幾轉/分鐘的設備到50,000轉/分鐘的超高速設備,干氣密封均已獲得成功應用,并且其應用場景還在不斷的拓展中。
B、干氣密封產品、干氣密封輔助系統(tǒng)的技術和工作原理:干氣密封是20世紀60年代末期在氣體動壓軸承的基礎上發(fā)展起來的一種新型、先進的非接觸式機械端面密封。干氣密封利用流體動力學原理,通過在密封端面上開設動壓槽而實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。干氣密封與機械密封的結構相似,主要的差異體現(xiàn)在兩個方面:
a、機械密封的動、靜環(huán)為接觸式運行,端面潤滑為液體潤滑;干氣密封的動、靜環(huán)運行時為非接觸運行,端面潤滑為氣體潤滑。
b、接觸式機械密封的動、靜環(huán)端面是沒有動壓槽,干氣密封在較硬的密封環(huán)上(可以是動環(huán),也可以是靜環(huán)),用激光加工微觀動壓槽形。
C、干氣密封的行業(yè)地位:干氣密封的出現(xiàn),是密封技術的一次革命。干氣密封是非接觸式機械密封的最典型代表,在高速高壓條件下不會產生太大的摩擦熱,其應用基本不受流體旋轉設備軸封端面最大允許PV值的限制,也克服了以往氣體介質受到密封封液污染的問題。因為接觸式機械密封在運行過程中會因接觸產生摩擦,在高速高壓工況條件下,接觸式機械密封端面的PV值將達到很高水平,由此產生巨大的摩擦熱,當該摩擦熱大到無法通過輔助措施及時傳導出去時,密封端面材料將發(fā)生劇烈磨損,直至損環(huán)。因此,接觸式機械密封的使用都受到PV值限制,許用PV值實際上成了接觸式機械密封應用的天花板。此外,作為過渡型非接觸式機械密封的液膜密封雖克服了接觸摩擦的問題,但在環(huán)保和能耗方面相較干氣密封沒有比較優(yōu)勢。因此,干氣密封產品在解決流體旋轉設備的密封問題方面具有廣闊的應用發(fā)展前景。
干氣密封相較機械密封在各環(huán)節(jié)均具有更高的門檻,一般廠商很難仿制。在理論設計方面,干氣密封需要綜合流體力學、傳熱學、結構力學、摩擦學、材料學等多學科知識,并耦合各種物理場進行綜合分析,然后進入工程分析、設計,擁有很高的理論設計門檻。在制造工藝方面,干氣密封需要保證其微米級氣膜在復雜工況下的穩(wěn)定,因此對高精度端面加工技術等制造工藝提出了更高要求。在產品測試方面,干氣密封廠商需要結合具體情況自主設計和搭建專用測試車間,自主設計、安裝和調試測試設備,并自主開發(fā)測試流程和測試方法,擁有很高的產品測試自主設計能力要求。此外,在工程經驗方面,干氣密封要求生產廠商具備豐富的工程應用經驗,并對所應用終端設備的運行參數(shù)和運行工況等情況充分了解。
(3)密封產品和密封輔助系統(tǒng)之間的功能聯(lián)系和配比關系:密封產品根據(jù)其工況環(huán)境、監(jiān)測需求等情況需要配套相應的密封輔助系統(tǒng)。密封輔助系統(tǒng)的作用主要系對密封產品進行沖洗散熱、降溫、隔離、吹掃、分離、清潔等,保障密封產品在其最佳的工作環(huán)境下運行,提高密封產品的穩(wěn)定性、可靠性,并延長其使用壽命。同時,為進一步監(jiān)控密封產品的運行狀況,做到預知性檢修,確保密封可靠運行,密封輔助系統(tǒng)上還相應增設有壓力檢測、溫度檢測、液位檢測、流量監(jiān)測等儀器儀表。
客戶向密封生產企業(yè)購買密封輔助系統(tǒng)的需求與密封輔助系統(tǒng)的復雜程度和相關密封產品的設計工藝、工況環(huán)境、監(jiān)測需求等情況有關??蛻敉ǔ孕匈徶帽容^簡單的密封輔助系統(tǒng),而向密封生產企業(yè)購買相對復雜的配套密封輔助系統(tǒng)。同時,密封輔助系統(tǒng)與密封產品的數(shù)量配比關系也會因密封產品的設計工藝、工況環(huán)境和監(jiān)測需求等情況的不同而有所差異。實際生產和應用中存在多套密封產品共用一個配套密封輔助系統(tǒng)的情況。因此,客戶購買密封產品和密封輔助系統(tǒng)沒有固定配比關系。
2、我國機械密封行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀:根據(jù)《機械密封行業(yè)“十三五”專業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,我國機械密封行業(yè)經過幾十年的發(fā)展,已經成為品種規(guī)格齊全、基本可以滿足我國各種裝備需求,具有一定國際競爭力的產業(yè),成為我國機械工業(yè)的重要基礎行業(yè)。
①近三年我國機械密封行業(yè)發(fā)展態(tài)勢:近年來,我國密封行業(yè)實現(xiàn)了較為快速的發(fā)展。根據(jù)《中國機械工業(yè)年鑒(2018)》,2017年,國內液壓氣動密封行業(yè)在自主創(chuàng)新、品牌建設、為重大裝備配套、國際化能力建設等方面取得新進展,液壓、液力、氣動、密封行業(yè)銷售產值全部以兩位數(shù)增長,其中,密封行業(yè)一直穩(wěn)步增長。密封行業(yè)增速一直較快的主要原因是與主機設備行業(yè)密切相關的產品增長較快和重要行業(yè)受國家政策支持。2020年,因宏觀經濟變化影響,機械密封行業(yè)收入有所下滑,根據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會機械與填料靜密封專業(yè)分會發(fā)布的《機械與填料靜密封行業(yè)年報統(tǒng)計資料匯編(2020年度)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,42家機械密封國內重點跟蹤企業(yè)的“行業(yè)產品營業(yè)收入”同比下降0.47%。根據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會機械與填料靜密封專業(yè)分會發(fā)布的《機械與填料靜密封行業(yè)年報統(tǒng)計資料匯編(2021年)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2021年,44家機械密封國內重點跟蹤企業(yè)共實現(xiàn)“行業(yè)產品營業(yè)收入”46.95億元,同比增長19.54%。根據(jù)中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會機械與填料靜密封專業(yè)分會發(fā)布的《機械與填料靜密封行業(yè)年報統(tǒng)計資料匯編(2022年)》統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2022年,44家機械密封國內重點跟蹤企業(yè)共實現(xiàn)“行業(yè)產品營業(yè)收入”47.54億元,同比增長3.22%。
全球機械密封行業(yè)經過一百多年的發(fā)展已經呈現(xiàn)高度集中的市場格局,在高端產品領域主要被約翰克蘭和伊格爾博格曼等行業(yè)巨頭壟斷并形成了穩(wěn)定的專業(yè)化分工。與全球機械密封市場集中度較高不同,我國機械密封市場尤其是低端產品市場還處于分散化、低集中度的發(fā)展階段,行業(yè)存在整合空間;國內市場的部分高端產品仍依賴進口?!稒C械密封行業(yè)“十三五”專業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出,“十二五”期間,我國機械密封行業(yè)持續(xù)保持年均10%以上增長,國內市場占有率已達80%以上,但機械密封高端產品還不能滿足主機設備行業(yè)發(fā)展的需求,市場占有率較低,我國機械密封在國際產業(yè)分工中仍處于價值鏈的中低端,高端裝備所需機械密封件依賴進口的局面仍未顯著改善。
②近年來我國機械密封行業(yè)的進口替代現(xiàn)狀:
A、行業(yè)進口替代現(xiàn)狀:《液壓液力氣動密封行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》指出,按照《中國制造2025》提出的目標,到2020年,60%以上的高端液壓氣動密封元(器)件及系統(tǒng)實現(xiàn)自主保障,受制于人的局面逐步緩解,裝備工業(yè)領域急需的液壓氣動密封元(器)件及系統(tǒng)得到廣泛的推廣應用。
國內機械密封行業(yè)從20世紀60年代末實現(xiàn)從無到有的突破后,經過半個世紀的發(fā)展,在進口替代方面取得了很大的進步。國內機械密封行業(yè)的進口替代已從初級替代階段進入全面替代階段,中低端產品領域的進口替代已基本完成,高端產品領域的進口替代正在全面延伸和拓展。高端機械密封領域具有很高的進入門檻,通常只有行業(yè)內研發(fā)、技術、資金、市場等實力較強的企業(yè)涉足。在國內高端機械密封領域,以中密控股、丹東克隆和一通密封為代表的國內企業(yè)通過自主研發(fā)、合作開發(fā)和應用拓展等方式不斷推出國產化高端機械密封產品,一方面替換了主機設備原配置的進口機械密封產品,另一方面也在增量業(yè)務中與約翰克蘭、伊格爾博格曼、福斯等國際密封龍頭企業(yè)展開競爭,不斷延伸和拓展進口替代的深度和廣度,推動了我國高端機械密封產品的進口替代進程。
在技術含量更高、應用工況更為復雜的干氣密封領域,以中密控股和一通密封為代表的國內干氣密封龍頭企業(yè)通過自主研發(fā)、合作開發(fā)和應用拓展等方式,在干氣密封產品市場實現(xiàn)了更加全面的技術和產品突破,不斷實現(xiàn)進口替代,有力地推動了我國干氣密封產品的國產化進程。
國內密封行業(yè)經過半個多世紀的發(fā)展取得了卓有成效的進步,國內很多新建項目基本已選用國產化密封,同時一些原有裝置配套的進口密封國產化改造也已基本完成。隨著國內密封行業(yè)進口替代的不斷延伸,未來國內密封行業(yè)國產化進口替代的案例將集中于尚未國產化的進口設備的配套密封和某些特殊工況下應用的進口密封。
3、國內機械密封行業(yè)的競爭格局分析:機械密封行業(yè)的整體競爭格局呈現(xiàn)兩極分化特點,低端產品市場完全競爭,高端產品市場國內參與者較少。國內機械密封行業(yè)廠商經過多年的技術積累和發(fā)展,在中低端機械密封領域的技術及產品日趨成熟,性能達到或接近國外產品水平,在大部分應用領域已能替代進口產品,進口替代已基本完成。但是,在低端產品市場,產品附加值低、技術含量不高、生產廠商數(shù)量較多,廠商間以價格競爭為主,市場競爭激烈,利潤率較低。
高端機械密封市場早年由國際巨頭壟斷,目前少數(shù)國內廠商通過不斷的研發(fā)投入和重點項目攻關,陸續(xù)在高端機械密封產品領域取得突破,并與國際巨頭展開了市場競爭,但總體上仍處于相對弱勢的地位。在高端產品市場,主要以研發(fā)、技術、服務和品牌競爭為主,利潤空間相對更大。國內僅有中密控股、丹東克隆和一通密封等少數(shù)具備較強研發(fā)、設計、生產和測試實力以及服務能力的企業(yè)涉足高端機械密封市場,尤其是在高端干氣密封市場,僅有中密控股和一通密封具備較強的市場競爭力。
隨著環(huán)保、安全生產、產業(yè)調整和升級,以及供給側改革的不斷深化,未來市場將對機械密封生產廠商的產品性能、科技含量、應用場景以及服務提出更加嚴苛的要求。低端產品市場的價格競爭將更加激烈,行業(yè)集中度有望進一步提升;高端產品市場的核心廠商將在產品研發(fā)與設計、生產工藝與技術、產品測試與質量控制和服務水平以及品牌實力等多方面展開綜合實力競爭。
4、機械密封行業(yè)存在的主要問題:盡管國內機械密封行業(yè)在近年來取得了快速發(fā)展,在很多細分市場已經完成進口替代,并在高端產品領域逐步開始與國外廠商形成競爭,但整體上仍相對落后。目前,國內機械密封行業(yè)的主要問題表現(xiàn)在以下幾個方面:
①高參數(shù)機械密封理論研究和試驗水平差距較大:《機械密封行業(yè)“十三五”專業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出,國內密封領域基礎理論研究薄弱,自主創(chuàng)新體系的建立不完整,多數(shù)企業(yè)產品技術源于仿制,缺乏創(chuàng)新。高參數(shù)密封的運行條件趨向極端化、復雜化,要求密封產品趨向于高可靠性、集成化、高精度化、智能化。我國在高端密封產品領域至今還未形成完善的技術支撐體系,缺乏對極端條件下高參數(shù)密封理論研究、試驗研究等共性關鍵基礎技術的系統(tǒng)性研究,與國外仍存在較大的差距。
此外,我國精密加工制造設備的落后也影響到了我國高參數(shù)密封產品的加工制造水平。密封制造企業(yè)在生產中基本采用通用加工設備,造成批量化生產的效率低、產品質量穩(wěn)定性和可靠性較差等問題。
②密封基礎材料和基礎工藝仍有較大提升空間:我國高端機械密封的發(fā)展受零部件原材料及制造工藝的制約較多。目前,我國高性能石墨、工程陶瓷、高分子復合材料等密封基礎材料主要依賴進口。國內密封材料制造企業(yè)普遍存在規(guī)模小、技術指標和工藝水平落后、質量不穩(wěn)定等問題。國內開展的密封基礎材料研究由于受到技術封鎖和投資的限制,仍然難以趕超國外水平。如機械密封常用的石墨材料、橡膠材料制品,若出現(xiàn)性能問題將導致整個密封產品質量不穩(wěn)定,影響機械密封產品的精度、性能、使用壽命和可靠性。
③密封技術研發(fā)投入和自主創(chuàng)新能力不足:密封技術的自主創(chuàng)新具有投入高、周期長、風險大的特點。根據(jù)《機械密封行業(yè)“十三五”專業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,國外密封企業(yè)十分重視密封技術的研發(fā)和自主創(chuàng)新能力,其研發(fā)經費支出占銷售收入的比重在5%以上,而我國密封企業(yè)的研發(fā)經費占銷售收入的比重相對較低。研發(fā)投入的不足導致國內機械密封企業(yè)創(chuàng)新能力弱,自主知識產權的核心技術產品少,產品性能不穩(wěn)定、可靠性差、壽命短,不能滿足核電、石化等行業(yè)運行工況復雜、連續(xù)化生產以及追求高效益的使用要求。
④高端產品的市場競爭力不足:在高端密封領域,目前國內企業(yè)的產品和技術與國外領先企業(yè)相比還有一定差距,尤其是在核心零部件材料性能方面差距較大;基礎制造工藝和自動化、數(shù)字化裝備的普及程度不高,性能穩(wěn)定性和精度一致性與國外同類產品相比還有一定差距。比如,核電站反應堆主循環(huán)泵機械密封裝置,核級墊片與填料密封,核反應堆壓力容器用C形環(huán)、O形環(huán)密封圈,大型石化成套裝置用20MPa級以上高壓干氣密封方面國外公司的競爭優(yōu)勢較大。在壓縮機高壓干氣密封領域,國外已經有45MPa成熟產品,而國內還在25MPa內。目前,國內機械密封企業(yè)的銷售集中在國內市場,海外市場占有率較低,尤其在發(fā)達國家市場中缺乏競爭優(yōu)勢。
⑤產品標準落后:發(fā)達國家十分重視機械密封與填料密封標準化技術體系的建設,全面支撐本國通用機械設備發(fā)展的需要。例如美國石油協(xié)會于2014年出臺了離心泵和轉子泵用機械密封系統(tǒng)的最新標準(API682),同時也是國際通用標準。相對而言,國內機械密封行業(yè)標準化修訂工作滯后于發(fā)達國家。《機械密封行業(yè)“十三五”專業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出,目前我國機械密封行業(yè)共制定國家標準9項,行業(yè)標準60余項。這些標準僅適用于一般工業(yè)用途的通用機械設備產品,核電領域中核級泵用機械密封標準尚屬空白。對應用于石油化工行業(yè)中的離心泵和轉子泵用機械密封產品,我國的相關標準較美國標準存在較大差距。國內機械密封產品標準的落后一定程度上制約了國內機械密封產品的出口。
⑥產業(yè)集中度低:國內機械密封行業(yè)起步較晚,國內廠商主要集中在中低端市場,產品研發(fā)和創(chuàng)新能力與國外企業(yè)存在較大差距。在高端市場中,目前僅中密控股、丹東克隆和一通密封等國內企業(yè)與國際廠商競爭。低端產品市場因進入門檻相對較低,生產廠商數(shù)量較多,市場競爭十分激烈。根據(jù)《液壓液力氣動密封行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃》,我國液氣密行業(yè)中小企業(yè)多,產業(yè)集中度低,全行業(yè)(CR10)不足20%,主要原因為:A、產品大多集中在價值鏈的中低端,產品缺乏市場競爭力;B、行業(yè)中缺乏具有引領帶動作用的航母企業(yè);C、行業(yè)重復建設嚴重,產能結構性過剩,產品同質化競爭激烈。
(4)機械密封行業(yè)的技術水平和技術特點:機械密封行業(yè)屬于跨學科、多領域的綜合技術應用行業(yè),行業(yè)技術主要涉及密封理論、設計技術、試驗與監(jiān)測技術、控制技術、加工技術和智能制造技術。國內機械密封行業(yè)經過多年的發(fā)展,中低端產品市場已經基本實現(xiàn)完全進口替代,高端產品市場也已步入進口替代發(fā)展階段。但在與國際巨頭的競爭中,國內機械密封生產廠商的整體技術水平仍相對落后。目前,國內很多廠商生產的多數(shù)產品主要是基于20世紀后期所引進的國外技術,許多產品的性能指標不能達到行業(yè)標準尤其是國際標準的要求;國內機械密封生產廠商在高端機械密封的研發(fā)、設計、試驗和生產等方面的技術水平仍有待提高。
中國機械工程學會編著的《中國機械工程技術路線圖》指出,按照泵、壓縮機等設備的生產工藝參數(shù)進行專用設計、個性化設計和制造,研發(fā)適用于新工藝的高參數(shù)、高性能密封件和密封材料,使密封裝置在極端條件和最佳設計工況下安全穩(wěn)定、長壽命運行,是我國未來20年密封技術的重要發(fā)展方向。因此,國內機械密封行業(yè)需要加快機械密封與填料靜密封核心技術的進步,密切跟蹤和吸收國外先進技術,積極開展基礎理論研究,開發(fā)共性技術與關鍵技術,提高自主創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和消化吸收再創(chuàng)新能力,推動國內機械密封與填料靜密封技術和產品水平進入世界先進行列。
未來隨著計算機技術、信息技術、工業(yè)自動化技術、數(shù)控加工技術的不斷發(fā)展,以及新材料、新工藝的研發(fā)與應用,我國機械密封制造技術將不斷向高技術化方向發(fā)展。
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