釜用攪拌器機(jī)械密封失效分析

張 展

（中信鈦業(yè)股份有限公司，遼寧錦州 121005）

0 引言

隨著科技的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步及新材料的應(yīng)用，機(jī)械密封的使用在逐漸改進(jìn)，但其效果并不是很理想，在一定程度制約著機(jī)械密封的使用[1]。大慶石化公司化工二廠自丁辛醇改擴(kuò)建裝置正式運(yùn)營以來，頻繁出現(xiàn)機(jī)封泄漏和釜體振動大等問題，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)[2]。根據(jù)釜用攪拌器機(jī)械運(yùn)行狀況分析機(jī)械密封失效原因，為消除釜用攪拌器機(jī)械密封失效隱患，改造釜用攪拌器機(jī)械密封系統(tǒng)，提高裝置運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

機(jī)械密封也稱端面密封，是軸封裝置中的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行原理是在一對或多對在斷面垂直于軸的流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力中完全貼合和比較潤滑的情況下形成的一種防流體泄漏裝置。攪拌器機(jī)械密封的特點是機(jī)械穩(wěn)定、能量損耗低、使用壽命長、功率小、不需要經(jīng)常維修等。在自動化生產(chǎn)中，機(jī)械密封是一種比較合理并且推薦的生產(chǎn)方式，在溫度高、壓強(qiáng)大、失氧及其各種強(qiáng)酸、空氣中漂泊粉塵顆粒等情況下都可以使用機(jī)械密封。機(jī)械密封是設(shè)備節(jié)能、防漏以及防止環(huán)境污染的重要基礎(chǔ)件，對釜用機(jī)械設(shè)備及整個生產(chǎn)過程和安全性都有較大的影響。

攪拌器安全與穩(wěn)定的運(yùn)行，主要靠機(jī)械密封維持。釜用機(jī)械密封裝置采用兩個端面平衡可以載荷攪拌的徑向力的機(jī)械密封。釜用機(jī)械密封置包括靜環(huán)、動環(huán)、O 形密封圈和彈簧等部件。靜環(huán)由石墨組成，且內(nèi)外用質(zhì)地較硬的合金包裹，再由多個彈簧對壓緊圈進(jìn)行擠壓形成O 形密封圈。釜用機(jī)械密封多運(yùn)用雙端面密封的方式，由兩組動環(huán)和靜環(huán)以背對背的形式安裝于機(jī)器中，結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

2 機(jī)械密封失效分析

在設(shè)備的維修中，由于密封泄漏引起的停機(jī)占所有故障的50%左右，攪拌器使用的機(jī)械密封為雙端面機(jī)械密封，其失效機(jī)理主要是密封的失效。設(shè)備運(yùn)行中，各部位零件運(yùn)行過程中產(chǎn)生的摩擦和攪拌機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量會使密封面的溫度直線上升，密封面由于高溫產(chǎn)生輕微形變，還會產(chǎn)生介質(zhì)氣化、密封圈老化、輕微磨損，還有可能出現(xiàn)熱痕。其次，在非正常操作還會對機(jī)械造成短期的密封失效[3]。

2.1 靜環(huán)座安裝

在攪拌器各零件安裝后，檢驗工作主要是工作人員完成。軸套與靜環(huán)安裝的契合度主要由工作人員的經(jīng)驗來決定，安裝的質(zhì)量完全由人為控制。一般情況下，攪拌器靜環(huán)座與密封腔缺乏適宜的定位零件，使攪拌器機(jī)械密封存在一定的風(fēng)險。同時，軸套與靜環(huán)間的距離較小，其半徑只有0.5 mm 的距離，因此，攪拌器工作過程中，若擺動量較大以及靜環(huán)座安裝前存在誤差，會導(dǎo)致靜環(huán)與軸套之間摩擦，摩擦頻繁導(dǎo)致其破裂，進(jìn)而導(dǎo)致攪拌器機(jī)械密封失效。

2.2 攪拌軸擺動與攪拌器振動

在攪拌器運(yùn)行期間，下部和攪拌部分被強(qiáng)烈搖動，是由機(jī)器長時間運(yùn)行引起的。下軸承的磨損導(dǎo)致攪拌軸軸套與底部軸承間的間隙增加，引起運(yùn)動幅度增加，加劇對底座、機(jī)械密封和減速箱的沖擊，從而增加反應(yīng)釜體、機(jī)架和機(jī)械密封的振動。由于減速箱軸之間的距離小且軸套的強(qiáng)度低，攪拌軸具有較大的懸臂長度，并且攪拌軸具有高度混合，盡管混合器的設(shè)計已經(jīng)改進(jìn)，但攪拌器變速箱和攪拌器軸連接處軸套間距的變化導(dǎo)致攪拌器軸在操作期間的振蕩保持不變，隨著時間的推移，軸套和攪拌軸之間會有很多磨損，使攪拌器機(jī)械密封出現(xiàn)嚴(yán)重失效。

2.3 機(jī)械密封摩擦材料選擇

反應(yīng)釜原進(jìn)口機(jī)械密封采用雙端面背靠背平衡型旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)。推環(huán)上固定著4 個定位銷，一組彈簧公用兩組動環(huán)，如圖2所示，并且其材質(zhì)與風(fēng)動環(huán)材質(zhì)均采用石墨與金剛砂，靜環(huán)采用SiC 材質(zhì)。動環(huán)有4 個定位銷，且每個定位銷接觸面積不大，結(jié)構(gòu)設(shè)計較薄弱，機(jī)器運(yùn)行后轉(zhuǎn)矩變大，往往導(dǎo)致動環(huán)在定位銷孔處產(chǎn)生裂痕和裂紋。其次，攪拌器的加工材料為三聚氰胺料漿，其中含有大量顆粒狀的一聚氰胺結(jié)晶物質(zhì)，比較容易讓動環(huán)產(chǎn)生磨損，致使機(jī)械密封效果下降并導(dǎo)致泄漏問題的出現(xiàn)，其磨損原理如圖3 所示。

2.4 O 形圈失效分析

釜用攪拌機(jī)機(jī)械介質(zhì)具有較多的O 形圈，例如，側(cè)動環(huán)O 形圈、靜環(huán)O 形圈、座O 形圈、軸套O 形圈等。機(jī)械密封在安裝3～4 個月后往往會出現(xiàn)微漏現(xiàn)象，通過檢修拆解機(jī)械密封發(fā)現(xiàn)O形密封圈老化，材料已經(jīng)變質(zhì)，起不到密封效果。在釜用攪拌機(jī)械強(qiáng)行循環(huán)運(yùn)行過程中，由于機(jī)械密封的冷卻受到了嚴(yán)重的影響，O 形圈在長期高溫環(huán)境下老化，導(dǎo)致密封失效泄漏。同時，大氣側(cè)動環(huán)O 形圈、靜環(huán)O 形圈以及其他部位O 形圈均采用普通氟橡膠。在機(jī)械運(yùn)行中產(chǎn)生系統(tǒng)壓力波動情況，釜內(nèi)少量介質(zhì)從側(cè)面機(jī)械密封端進(jìn)入大氣側(cè)機(jī)械密封端。普通氟橡膠對于醛的耐腐蝕性較差，使大氣側(cè)動環(huán)O 形圈、靜環(huán)O 形圈以及其他部位O 形圈出現(xiàn)腐蝕、起泡以及麻點、膨脹現(xiàn)象，最后導(dǎo)致機(jī)械密封失效。由于材質(zhì)問題，O 形環(huán)過熱后會產(chǎn)生塑性變形或碳化而失去彈性。在冬季的室外，密封圈會迅速變硬，安裝成為困難。同時，冬季密封油溫度低、順化程度較低，會導(dǎo)致密封圈經(jīng)常出現(xiàn)變形或扭曲、斷裂。使釜用攪拌器機(jī)械出現(xiàn)密封失效現(xiàn)象。

圖2 介質(zhì)側(cè)、大氣側(cè)靜環(huán)定位銷

圖3 磨損原理

3 結(jié)束語

在各種因素影響下，釜用攪拌器機(jī)械運(yùn)行期間經(jīng)常發(fā)生機(jī)械密封失效現(xiàn)象。結(jié)合攪拌器的實際情況，綜合判斷造成機(jī)械失效的原因，并對攪拌器進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化，防止機(jī)械密封損傷現(xiàn)象的發(fā)生。同時，設(shè)備進(jìn)行良好的維護(hù)和保養(yǎng)，才能創(chuàng)造較長的密封周期。