攪拌器機封國產化技術應用探討

徐琦超

(萬華化學集團股份有限公司，山東 煙臺 264000）

1 引言

機封技術在工業生產中的應用越來越廣泛，在日益智能的現代化生產中，保證設備的快速、平穩地運行是保證安全高效生產的必要前提。所以，在日益復雜的工作環境下，好的機封技術對現代化生產就顯得尤為重要和迫切，也是一個較難解決的問題。

設備裝置開工后，隨著泄露問題的頻繁發生，這樣極大增加了檢修的工作量和設備維修成本，最終也會給生產運行帶來安全隱患。為消除這類安全隱患，保證設備平穩、長周期運行，檢修期間多次對存在問題的攪拌器進行了細致的檢修和技改。分析認為機械密封設計選材不當、O 圈選材不當以及機封密封油循環不暢是造成機械密封失效的主要原因，通過機封國產化、增加定位套以及輔助密封油泵等處理措施，解決了攪拌器機械密封運行壽命短的問題。

2 攪拌器簡介

該攪拌器由美國萊寧（LIGHTNIN）制造。主要由電機、減速箱、攪拌軸、槳葉、機械密封等構成。釜內攪拌軸用法蘭連接，槳葉分3 組，下部為6 個徑向槳葉R130，上部2 組為3 個軸流槳葉A310。之前該攪拌器機械密封采用美國福斯帶軸套雙端面集裝式機械密封，由于設計缺陷，攪拌機封經常損壞，對機封國產化處理。該反應器工藝操作參數：操作溫度85 ～120℃；操作壓力：1.8MPa。

3 機械密封失效原因分析

3.1 攪拌機封故障次數統計（表1）

表1

(1)O 圈損壞現象：軸套O 圈損壞3 次；端面O 圈損壞2 次；

動環O 圈損壞1 次。

(2)動靜環損壞：動靜環干磨損壞2 次；大氣側動環損壞4 次。

(3)預防性檢修：國產化機封。

(4)其它原因：密封管線接頭泄漏更換機封1 次；復位時未鎖緊鎖片導致軸套上竄，損壞機封1 次；軸竄動2 次。

3.2 機封故障原因分析

如圖1 所示，拆檢發現軸套密封O 型圈受載荷開裂較為嚴重，發現O 圈出現擰結和斷裂現象。

關于O 圈出現爆皮的原因：O 型圈內部都會或多或少的溶入氣體，當壓力緩慢下降時，O 圈里的氣體可以慢慢釋放出來，當壓力急劇下降時，O 圈里的氣體來不及釋放，就會造成“內爆”。

圖1 軸套O 圈出現擰結斷裂現象圖

大部分橡膠體都是有被浸潤性，所以當橡膠體在高壓情況下與氣體同存一段時間后，氣體就會滲透到橡膠內部，從而形成部分微小空間，這時氣體會繼續滲入直至內外壓力達到平衡，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足夠快的排放，就會使橡膠體開裂及鼓泡，從而使密封件失去了它應有的密封功能。這種外壓撤銷時出現的損壞現象不會立即顯現，有的時候需要過幾小時才能體現出來。內爆時，O 圈表面會出現開裂、鼓泡、凹坑、疤痕等不良現象，從而失去密封性能。

攪拌器原機械密封為主密封動環材質石墨，靜環材質碳化硅，機封大氣側靜環防轉銷設計不合理。原設計防轉銷采用1 個，過盈鑲嵌在靜環側面。運轉中，受到旋轉周向力的作用，極易造成靜環崩裂。

之前福斯機封設計為靠熱虹吸方式循環密封油，密封油路循環量偏小，導致機械密封腔內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用密封白油，其特性在85℃左右時，容易產生積碳現象，形成顆粒狀碳化物從而影響密封油膜。從而引起機械密封摩擦副之間的潤滑狀態不佳，致使密封摩擦副之間的摩擦力矩增大，這也是引發機封失效的間接原因。

4 國產化機封改造技術

4.1 O 圈改造

針對O 圈出現問題，做出以下改造：（1）新增加一個軸套O 圈，升級軸套O 圈材質，材質由杜邦4079 全氟醚升級為杜邦7090 全氟醚密封圈；（2）動靜環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O 圈造成腐蝕，影響機封整體使用壽命；（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 動靜環改造

圖2 密封面改造后現象圖

圖3 固定方式改造后現象圖

（1）動環材質為石墨，靜環材質為碳化硅，材質不變，通過增加動靜環的厚度，增加機封使用壽命；（2）將靜環的銷釘固定方式更換成凸耳固定方式，增大固定的面積，減小固定部分的應力集中，增加機封使用壽命。（3）增加輔助油泵，強制循環，增加密封白油流動性，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 聯軸器改進

圖4 聯軸器改進示意圖

由于國產化后機封整體高度由340mm 變成380mm，由于現場安裝空間不足，需要將聯軸器高度減小20mm，聯軸器切削后端面無法與攪拌軸軸肩貼合，當反應器壓力升高后，會出現軸套上移的問題，當反應器壓力降低后軸套下移，密封泄漏。為避免軸套上移，在軸肩和聯軸器之間增加一個隔環。

5 機封技術改進結論

本文主要研究了機封技改的實踐應用。該攪拌器運行兩年累計檢修10 次，攪拌器的頻繁檢修，造成裝置頻繁開停車，嚴重困擾了生產的正常進行。更換國產機封投入運行，運行至今已18 個月使用狀態良好，運行平穩，改造后的攪拌器達到了想要的預期效果。此次改進具有一定的通用型，對于國內有類似攪拌器機械密封使用壽命短的情況都適用，在攪拌器生產使用過程中，具有尤其重要的參考和推廣應用價值。

圖5 聯軸器實際改進圖