徐琦超

(萬華化學(xué)集團(tuán)股份有限公司，山東 煙臺 264000）

1 引言

機(jī)封技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，在日益智能的現(xiàn)代化生產(chǎn)中，保證設(shè)備的快速、平穩(wěn)地運(yùn)行是保證安全高效生產(chǎn)的必要前提。所以，在日益復(fù)雜的工作環(huán)境下，好的機(jī)封技術(shù)對現(xiàn)代化生產(chǎn)就顯得尤為重要和迫切，也是一個(gè)較難解決的問題。

設(shè)備裝置開工后，隨著泄露問題的頻繁發(fā)生，這樣極大增加了檢修的工作量和設(shè)備維修成本，最終也會(huì)給生產(chǎn)運(yùn)行帶來安全隱患。為消除這類安全隱患，保證設(shè)備平穩(wěn)、長周期運(yùn)行，檢修期間多次對存在問題的攪拌器進(jìn)行了細(xì)致的檢修和技改。分析認(rèn)為機(jī)械密封設(shè)計(jì)選材不當(dāng)、O 圈選材不當(dāng)以及機(jī)封密封油循環(huán)不暢是造成機(jī)械密封失效的主要原因，通過機(jī)封國產(chǎn)化、增加定位套以及輔助密封油泵等處理措施，解決了攪拌器機(jī)械密封運(yùn)行壽命短的問題。

2 攪拌器簡介

該攪拌器由美國萊寧（LIGHTNIN）制造。主要由電機(jī)、減速箱、攪拌軸、槳葉、機(jī)械密封等構(gòu)成。釜內(nèi)攪拌軸用法蘭連接，槳葉分3 組，下部為6 個(gè)徑向槳葉R130，上部2 組為3 個(gè)軸流槳葉A310。之前該攪拌器機(jī)械密封采用美國福斯帶軸套雙端面集裝式機(jī)械密封，由于設(shè)計(jì)缺陷，攪拌機(jī)封經(jīng)常損壞，對機(jī)封國產(chǎn)化處理。該反應(yīng)器工藝操作參數(shù)：操作溫度85 ～120℃；操作壓力：1.8MPa。

3 機(jī)械密封失效原因分析

3.1 攪拌機(jī)封故障次數(shù)統(tǒng)計(jì)（表1）

表1

(1)O 圈損壞現(xiàn)象：軸套O 圈損壞3 次；端面O 圈損壞2 次；

動(dòng)環(huán)O 圈損壞1 次。

(2)動(dòng)靜環(huán)損壞：動(dòng)靜環(huán)干磨損壞2 次；大氣側(cè)動(dòng)環(huán)損壞4 次。

(3)預(yù)防性檢修：國產(chǎn)化機(jī)封。

(4)其它原因：密封管線接頭泄漏更換機(jī)封1 次；復(fù)位時(shí)未鎖緊鎖片導(dǎo)致軸套上竄，損壞機(jī)封1 次；軸竄動(dòng)2 次。

3.2 機(jī)封故障原因分析

如圖1 所示，拆檢發(fā)現(xiàn)軸套密封O 型圈受載荷開裂較為嚴(yán)重，發(fā)現(xiàn)O 圈出現(xiàn)擰結(jié)和斷裂現(xiàn)象。

關(guān)于O 圈出現(xiàn)爆皮的原因：O 型圈內(nèi)部都會(huì)或多或少的溶入氣體，當(dāng)壓力緩慢下降時(shí)，O 圈里的氣體可以慢慢釋放出來，當(dāng)壓力急劇下降時(shí)，O 圈里的氣體來不及釋放，就會(huì)造成“內(nèi)爆”。

圖1 軸套O 圈出現(xiàn)擰結(jié)斷裂現(xiàn)象圖

大部分橡膠體都是有被浸潤性，所以當(dāng)橡膠體在高壓情況下與氣體同存一段時(shí)間后，氣體就會(huì)滲透到橡膠內(nèi)部，從而形成部分微小空間，這時(shí)氣體會(huì)繼續(xù)滲入直至內(nèi)外壓力達(dá)到平衡，壓力越高，滲入的氣體就越多。一旦突然撤銷橡膠密封件周圍的壓力，里面的氣體不能及時(shí)足夠快的排放，就會(huì)使橡膠體開裂及鼓泡，從而使密封件失去了它應(yīng)有的密封功能。這種外壓撤銷時(shí)出現(xiàn)的損壞現(xiàn)象不會(huì)立即顯現(xiàn)，有的時(shí)候需要過幾小時(shí)才能體現(xiàn)出來。內(nèi)爆時(shí)，O 圈表面會(huì)出現(xiàn)開裂、鼓泡、凹坑、疤痕等不良現(xiàn)象，從而失去密封性能。

攪拌器原機(jī)械密封為主密封動(dòng)環(huán)材質(zhì)石墨，靜環(huán)材質(zhì)碳化硅，機(jī)封大氣側(cè)靜環(huán)防轉(zhuǎn)銷設(shè)計(jì)不合理。原設(shè)計(jì)防轉(zhuǎn)銷采用1 個(gè)，過盈鑲嵌在靜環(huán)側(cè)面。運(yùn)轉(zhuǎn)中，受到旋轉(zhuǎn)周向力的作用，極易造成靜環(huán)崩裂。

之前福斯機(jī)封設(shè)計(jì)為靠熱虹吸方式循環(huán)密封油，密封油路循環(huán)量偏小，導(dǎo)致機(jī)械密封腔內(nèi)的密封油溫度長期處于較高溫度下（80℃左右）。因密封油采取的為工業(yè)用密封白油，其特性在85℃左右時(shí)，容易產(chǎn)生積碳現(xiàn)象，形成顆粒狀碳化物從而影響密封油膜。從而引起機(jī)械密封摩擦副之間的潤滑狀態(tài)不佳，致使密封摩擦副之間的摩擦力矩增大，這也是引發(fā)機(jī)封失效的間接原因。

4 國產(chǎn)化機(jī)封改造技術(shù)

4.1 O 圈改造

針對O 圈出現(xiàn)問題，做出以下改造：（1）新增加一個(gè)軸套O 圈，升級軸套O 圈材質(zhì)，材質(zhì)由杜邦4079 全氟醚升級為杜邦7090 全氟醚密封圈；（2）動(dòng)靜環(huán)O 圈全部升級為杜邦7090 全氟醚O 圈，避免物料竄壓到密封腔對大氣側(cè)O 圈造成腐蝕，影響機(jī)封整體使用壽命；（3）將端面O 圈更換成金屬纏繞墊，既降低成本，又避免安裝問題造成端面泄漏。

4.2 動(dòng)靜環(huán)改造

圖2 密封面改造后現(xiàn)象圖

圖3 固定方式改造后現(xiàn)象圖

（1）動(dòng)環(huán)材質(zhì)為石墨，靜環(huán)材質(zhì)為碳化硅，材質(zhì)不變，通過增加動(dòng)靜環(huán)的厚度，增加機(jī)封使用壽命；（2）將靜環(huán)的銷釘固定方式更換成凸耳固定方式，增大固定的面積，減小固定部分的應(yīng)力集中，增加機(jī)封使用壽命。（3）增加輔助油泵，強(qiáng)制循環(huán)，增加密封白油流動(dòng)性，避免油膜形成不好造成密封泄漏；（4）對密封腔增加冷卻水夾套，降低密封腔溫度。

4.3 聯(lián)軸器改進(jìn)

圖4 聯(lián)軸器改進(jìn)示意圖

由于國產(chǎn)化后機(jī)封整體高度由340mm 變成380mm，由于現(xiàn)場安裝空間不足，需要將聯(lián)軸器高度減小20mm，聯(lián)軸器切削后端面無法與攪拌軸軸肩貼合，當(dāng)反應(yīng)器壓力升高后，會(huì)出現(xiàn)軸套上移的問題，當(dāng)反應(yīng)器壓力降低后軸套下移，密封泄漏。為避免軸套上移，在軸肩和聯(lián)軸器之間增加一個(gè)隔環(huán)。

5 機(jī)封技術(shù)改進(jìn)結(jié)論

本文主要研究了機(jī)封技改的實(shí)踐應(yīng)用。該攪拌器運(yùn)行兩年累計(jì)檢修10 次，攪拌器的頻繁檢修，造成裝置頻繁開停車，嚴(yán)重困擾了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。更換國產(chǎn)機(jī)封投入運(yùn)行，運(yùn)行至今已18 個(gè)月使用狀態(tài)良好，運(yùn)行平穩(wěn)，改造后的攪拌器達(dá)到了想要的預(yù)期效果。此次改進(jìn)具有一定的通用型，對于國內(nèi)有類似攪拌器機(jī)械密封使用壽命短的情況都適用，在攪拌器生產(chǎn)使用過程中，具有尤其重要的參考和推廣應(yīng)用價(jià)值。

圖5 聯(lián)軸器實(shí)際改進(jìn)圖