雙端面機械密封泄漏原因及改進措施
2023-04-14王潔 王寶貴
導(dǎo) 語：介紹某型反應(yīng)釜用帶軸套整裝式雙端面機械密封的結(jié)構(gòu)及工作原理，結(jié)合實際工況，分析了其失效原因(如O形圈材質(zhì)選用不合理，攪拌同軸度偏大，密封面變形)，提出了改進措施及使用中的注意事項。
1 機械密封的結(jié)構(gòu)與工作原理
帶軸套整裝式雙端面機械密封是一種無須調(diào)整動環(huán)彈簧壓縮量、裝配簡便的機械密封形式。該機械密封適用于強腐蝕、高溫，帶懸浮顆粒及纖維介質(zhì)，氣體介質(zhì)，易燃易爆、易揮發(fā)、低粘度介質(zhì)，保障高真空度工況的密封。該機械密封結(jié)構(gòu)見圖1。
圖1 帶軸套整裝式雙端面機械密封結(jié)構(gòu)
當(dāng)攪拌軸運轉(zhuǎn)時，其帶動機械密封軸套以及固定在機械密封軸套上的動環(huán)組件同步轉(zhuǎn)動，靠動環(huán)組件和上、下靜環(huán)面之間的貼合達到密封效果。密封面一側(cè)是密封腔室，另一側(cè)是反應(yīng)釜內(nèi)環(huán)境。在正常工作狀態(tài)下，通過外部提供密封液至平衡罐，保持密封液液位在平衡罐液位計的中線，并確保平衡罐內(nèi)密封液壓力(即密封液腔內(nèi)壓力)高于釜內(nèi)壓力0.05~0.10MPa。若密封液壓力過高，則動、靜環(huán)摩擦面易加速磨損;若密封液壓力過低，則反應(yīng)釜內(nèi)物料易泄漏。
2 故障分析
2.1 故障狀況
某反應(yīng)釜均采用帶軸套整裝式雙端面機械密封，該機械密封軸徑為210mm，工作轉(zhuǎn)速為100r/min，工作壓力為-0.5~1.0MPa，工作溫度為0~80℃，主要起密封作用的是機械密封組件，見圖2。
圖2 機械密封組件
動環(huán)密封面材質(zhì)為SiC，靜環(huán)密封面材質(zhì)為井口KC-673石墨，與物料接觸的下動環(huán)O形圈、上靜環(huán)O形圈、軸套O形圈材質(zhì)為聚四氟乙烯報復(fù)硅橡膠，其余O形圈材質(zhì)均為丁腈橡膠。該機械密封的密封液采用軟水，釜內(nèi)介質(zhì)主要是聚乙烯等有機物料。隨著釜內(nèi)反應(yīng)的進行，釜內(nèi)壓力持續(xù)升高，從-0.5MPaZ高達到1.0MPa。在理想狀態(tài)下，機械密封平衡罐壓力失重高于釜內(nèi)壓力0.05~0.10MPa;但實際生產(chǎn)中，由于該機械密封Z高使用壓力為2.6MPa，為了操作簡便，規(guī)定其密封液壓力從投料至反應(yīng)結(jié)束保持恒定1.1MPa。
自2006年投入使用后，該機械密封的泄漏問題就較為嚴重，可以從機械密封泄漏液口處看到，泄漏較大時每隔2min便有1滴(約6ml)水漏出，平衡罐水位下降量為10~20mm/h，大大超過了機械密封允許泄漏量[≤5ml/h(單側(cè))]的要求。其內(nèi)外漏同時存在，須不斷地補充密封液(正常情況下無須補充密封液)。在反應(yīng)前期，釜內(nèi)壓力較低時泄漏量較大;后期反應(yīng)釜內(nèi)壓力較高時，泄漏量較小。
機械密封泄漏故障的發(fā)生，不僅加大了操作強度，同時由于釜內(nèi)物料是有毒有害、易燃易爆的氣液混合物質(zhì)氯乙烯等，也影響了裝置的安全穩(wěn)定運行。
2.2 故障分析
從機械密封材質(zhì)選擇、現(xiàn)場工藝操作狀況等多方面考慮，判斷機械密封發(fā)生泄漏的原因主要有以下幾個方面。
2.2.1 機械密封O形圈材質(zhì)選用不合理
該機械密封上靜環(huán)、下動環(huán)與軸套上的O形圈材質(zhì)采用了聚四氟乙烯包覆硅橡膠。聚四氟乙烯耐腐蝕性能較好，但包覆聚四氟乙烯在受壓后，回彈堵塞能力較差，容易永久變形，使O形圈在動靜環(huán)座、軸套等密封溝槽裝配上產(chǎn)生間隙，從而使密封失效。因此在實際使用中，在釜內(nèi)壓力偏低的情況下，機械密封泄漏量較大，而當(dāng)釜內(nèi)壓力不斷升高時，機械密封泄漏量逐漸減小，便很可能是這個原因。
該機械密封O形圈大部分采用了丁腈橡膠(如動環(huán)組件O形圈)，丁腈橡膠的缺點是不耐臭氧、芳香族、鹵代烴、酮及脂類溶劑，反應(yīng)釜內(nèi)的鹵代烴物質(zhì)氯乙烯會使丁腈橡膠產(chǎn)生溶脹，導(dǎo)致O形圈失效。
2.2.2 攪拌同軸度偏大
根據(jù)該型號機械密封的技術(shù)要求，機械密封安裝后，釜軸的徑向跳動量應(yīng)≤0.1mm，而密封箱體下部軸跳動量實際測量值為0.15mm，攪拌軸同軸度偏差較大。
造成攪拌軸同軸度偏差大的原因很多，包括攪拌裝置的安裝對中調(diào)整不良、各部件加工精度不高而造成的累積誤差、反應(yīng)釜釜體水平調(diào)整不良、攪拌軸產(chǎn)生應(yīng)力變形等。
同軸度偏差越大，攪拌軸在每次軸向位移和徑向擺動的轉(zhuǎn)動中，密封面產(chǎn)生的分離和泄漏量就越大，密封面的磨痕也越寬。
2.2.3 密封面變形
更換了泄漏機械密封的動、靜環(huán)組件后，泄漏問題依然存在。再次拆卸后發(fā)現(xiàn)，密封面上有光點而沒有磨痕，故判斷該密封面發(fā)生了變形。
該機械密封工作轉(zhuǎn)速低，且一直伴有循環(huán)水