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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 語:介紹某型反應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,則反應釜內(nèi)物料易泄漏。

2 故障分析

2.1 故障狀況

某反應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)。在反應前期,釜內(nèi)壓力較低時泄漏量較大;后期反應釜內(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要求,機械密封安裝后,釜軸的徑向跳動量應≤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、反應釜釜體水平調(diào)整不良、攪拌軸產(chǎn)生應力變形等。

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

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