攪拌釜機械密封的失效分析及故障處理

袁 滿

（天津石化分公司聚醚部，天津 300270）

一、機械密封的工作原理及特點

1 機械密封在運轉的時候，是由兩對以上的垂直于旋轉端面的流體壓力和補償構造中，彈簧的彈力作用下共同協作完成的，整個裝置呈現出貼合并滑動的狀態，這個裝置的主要作用是防止流體泄露。機械在旋轉軸密封處采用的是動密封，攪拌釜采用的是雙端面的多彈簧平衡型機械密封，主要分為三級，一級密封是與釜內的介質接觸，二級密封是次要密封主要起輔助作用，材料采用的是三元乙丙橡膠，三級密封是機械密封軸套與攪拌軸密封，采用三元乙丙橡膠（原軸套內加工有兩道0 型圈裝配槽）。

2 攪拌釜工作壓力較高，為了確保機械密封的正常運行，所以機械密封有專門的冷卻潤滑系統，用油泵增壓進行有效的潤滑和冷卻作用，所用系統簡稱為壓力裝置。。

3 攪拌釜機械密封的方式有好處也有壞處，優點是適應環境的能力強，可在高壓、真空的環境里運行，也可在易腐蝕、易燃、易爆炸的條件下應用，缺點是精度高、維修不便、維修費用高等。

二、機械密封失效原因分析

聚醚部、津濱保運車間和聚醚擴建辦公室設備人員對聚合釜機械密封進行解體檢修，查找問題原因，分析機械密封損壞原因，進行及時檢修。根據機械密封損壞情況，一般主要有以下幾種情況：

1 密封面的泄漏

（1）密封環異常磨耗造成介質從密封面出泄露。（a）動靜環密封端面磨損嚴重，磨損量厚度減少平均為0.5mm～ 1 mm。聚醚擴建辦公室機械密封使用為85℃～120℃，里面所需要的壓力是-0.1MPa～0.4MPa。由于使用的潤滑介質含有沉積物或其他雜質，或者密封介質為易結晶流體，導致顆粒進入密封面間，造成密封環異常磨耗。主要原因是壓力裝置油泵有問題，造成研磨，出現金屬雜質；另外，物料混入雜質也可能造成這種情況。（b）因誤操作（過大的液體壓力）或因裝配疏忽使彈簧負重，造成密封面比壓過大，使密封面異常磨耗。實際操作中，規定的機封液壓力比釜使用最大壓力值大0.1MPa以上，由于釜不會長時間處于最大壓力值，如此造成對機封長時間處于較大的壓力，對機封密封面造成異常磨耗。（c）因沖洗流量不足造成異常發熱或密封腔內壓力接近流體蒸汽壓，造成密封面干摩擦，致使密封面異常磨耗。當機封液低于泵站系統的最低警戒線時，機封得不到潤滑，造成干磨現象。（2）密封面歪斜變形。（a）因密封環材料與嵌合母材熱膨脹系數不同，當熱變化時產生應力變化或長期在管中產生微小應力變化（時效影響）致使密封面發生變形。改進措施為更換與密封材料膨脹系數相近的嵌和材料。（b）密封壓蓋上螺栓鎖緊不均勻或是壓蓋剛度不夠，沒有足夠的厚度，壓蓋產生的機械扭轉變形傳至非補償環，造成非補償環的端面變形，引起泄露。改進措施為：均勻緊固螺栓，將硬度大的O型環更換為橡膠型O型環，將壓緊型非補償換結構變更為嵌入型，增加壓蓋剛度。（c）作用在密封環的外力變成殘留應力使密封面產生變形。改進措施為：要求操作人員嚴格執行操作規程，避免密封環的變形。

2 各部位的O 型密封膠圈引發的泄漏

（1）O 形密封圈間隙咬傷，密封失效泄漏最薄弱最頻繁處主要是機械密封總成軸套與攪拌軸之間O 型密封膠圈長時間高壓作用下會發生變形或磨損而引發密封圈失效泄漏。軸套與攪拌軸含有圓度和橢圓度還有圓柱度等幾何的精度，導致密封間隙的擴大和間隙擠出現象的加劇的原因還有零件不同心或者由于壓力過大導致的膨脹等原因。間隙出現一定的問題還有一種可能就是O 形密封圈的硬度產生的，攪拌釜的壓力和O 形密封圈材料的硬度成反比，壓力大的時候間隙就會變得嚴重。（2）因為密封溝槽有一定的偏差，密封的尺寸不同，O 形密封圈截面直徑也出現不均勻的事情，就會導致O 形密封圈的壓縮大小是不一樣的。如果溝槽和同軸的偏差比形密封圈的壓縮量大的時候，密封就沒作用了。密封溝槽同軸度偏差大還會導致其他的事故發生比如會使O 形密封圈沿圓周壓縮不均。除了這些之外還會有其他的影響O 形密封圈截面直徑、材質硬度、潤滑油膜厚度等的不均還有密封軸表面粗糙度等這些原因最后使形密封圈的一部分沿工作表面滑動，可是另一面就會出現滾動，這就導致O 形密封圈發生扭曲。密封裝置發生損壞和泄漏的最主要的原因就是在使用的時候O 形密封圈會發生扭曲會損害。

三、針對發現問題提出改進措施

1 針對潤滑介質黑化和出現顆粒問題。改進措施是對潤滑介質進行過濾，定期更換，如果發現潤滑介質有乳化，黑化現場，必須及時更換潤滑介質，保證密封面不被異常磨損。對于損壞的密封面必須及時進行動靜環的更換，并根據實際采用耐磨損的動靜環材料。實際操作中，潤滑介質過濾網堵塞也是日常操作中經常遇到的問題，為避免因為過濾網堵塞造成反應釜異常停車的情況，必須根據生產安排，錯開生產時間對過濾網進行清理。過濾網清理的時間間隔一般為2～3個月。為保證機械密封的運行環境在良好狀態在進行，機封液更換頻次一般為6個月/次，以保證機械密封的使用壽命。

2 實際操作中，每天的日常巡檢過程中，對潤滑介質的壓力裝置問題控制是必不可少的一項工作內容。操作人員定時巡檢，發現機封液有下降情況一定要對機封液進行補充，并檢查機封液損失的原因。當機封液出現泄漏的情況，一般都是機械密封出現內漏或外漏的情況。壓力裝置在日常生產過程中主要采用冷卻器的形式，以循環水的熱交換過程保證潤滑介質的溫度。

結語

以上分析了機械密封常出現的故障及原因，并提出了相應的改進措施。按以上敘述的措施在對機械密封進行改造后，聚醚部的A反應釜從2014年8月改造后至今運行正常，未發生機械密封泄露事件。通過對機械密封日常管理和故障處理，對于機械密封的改造是可行的。通過改造，延長了機械密封的使用壽命，降低了攪拌釜檢修的頻率和維修費用，保證了聚醚生產裝置連續穩定運行。引起密封過早失效因素很多，應針對具體原因具體分析失效原因，采取相應措施，這樣才能延長機械密封壽命，更換的為生產運行做好保駕護航工作，更好的為企業服務。

[1] HG/T 2098-2001，釜用機械密封系列及主要參數[S].

[2]中國石油化工集團公司、中國石油化工股份有限公司.石油化工設備維護檢修規程[S].