聚合釜用机械密封泄漏原因分析及处理方法

崔小红 （齐鲁石化公司氯碱厂 255400）

聚合釜为PVC 装置的关键设备，多种易燃易爆、剧毒的化学品在其中进行聚合反应，因此，轴封直接影响着树脂生产效率、装置运转稳定及安全生产。 通过这几年出现的聚合釜轴封泄漏现象，从其结构上分析泄漏原因，采取措施维持生产，对泄漏的轴封进行了检修，并对日后生产提出一些维护措施。

一、 聚合釜轴封运转状态

年产37 万吨聚氯乙烯的2# 装置是在2004 年新建的，自投产后，经过不断完善操作，优化工艺生产，装置设备基本上处于满负荷状态，聚合釜的搅拌轴长有12 米, 直径235 mm，下部有径向支承。 搅拌桨叶：3 层2 叶平桨 直径2070mm，自重较大，聚合釜上封头处利用滚动轴承控制其径向偏摆及轴向力， 而在聚合釜内部则无任何支撑，整个搅拌器处于悬吊状态。 另外，由于工艺的要求， 搅拌器在不同的阶段转速变化也较大 （70-91r/min），同时在生产过程中有一定的VCM 单体挥发出来，使釜内气相部分呈酸性，可以说聚合釜轴封的工作条件非常恶劣。 2011年4 月，1 台出现了明显的泄漏，且有加剧现象，对装置的稳定运行形成了巨大的威胁。

二、 轴封结构图及工作原理

1、轴封结构

轴封为集装式双端面小弹簧机械密封， 两个动环、 两个静环，10 件密封圈,2 件油封，1 套推力轴承。 密封O 环材质为丁腈橡胶（后来改为FKM），动环材质为石墨，静环为碳化硅。

2、轴封的工艺流程图

轴封系统配有独立的密封液和润滑液循环系统，由油罐、齿轮泵、返回阀、液位计等组成恒压的循环系统。 设有油位低报警联锁系统，油位L-(1)低于70%时系统报警，以利于保护轴封。 轴封密封液为32# 抗磨液压油， 从上密封油罐的加油口加入润滑油，靠系统压力进入下密封油罐（液位控制在100%），然后通过油泵加入轴封的下部，从上部流出至密封油罐，这可使密封液充满密封腔，保护轴封不过热，带走与轴套摩擦产生的热量，保证轴封不超过最高使用温度，延长轴封寿命。

三、轴封泄漏现象、判断分析及处理措施

1、轴封泄漏现象

2011 年3 月该聚合釜油位报警联锁系统报警，经过工艺、设备及电气、仪表人员的现场检查，发现密封液油箱液位出现下降趋势，由100%降至70%。 加满油，通过做标记的方法密切观察，在48h 时间段液位计上的油位降低至5 个板处， 泄漏量为4 ml/h，而现场无外漏迹象，由此判断发生了内泄漏，导致聚合釜油位报警联锁系统LG-(1)报警。 由于是初期泄漏，因此具有间歇性。

4 月车间对该釜进行清釜作业完成后，该釜进行气密，检查轴封，发现轴套与轴接触处有气泡产生，同时轴套与外壳接触处也发现有气泡产生，泄漏量大约在1 滴/秒左右，超过了机械密封允许泄漏量 （轴或轴套直径大于50mm 的， 泄漏量应低于5mL/h），基于以上现象车间决定对搅拌机械密封进行更换。 （注：此处更换下的机械密封用F135B1 作为代号）

下午4 时左右开始更换，11 时更换完毕，同时更换密封油罐内全部润滑油。 进行气密，并保压两个小时后，未发现异常，密封油罐内油位亦未发现异常。 加水试车（即加载试车）1 小时，观察密封油罐油位正常，次日早晨6∶30 左右投料，观察密封油罐油位未发现异常，到8∶00 左右再次检查发现油位有轻微降低，但不明显，到10∶00 左右，再去检查时发现机械密封上油罐油位已到了下限以下， 此泄漏量太大， 已远远超过机械密封所允许的泄漏量，因此需再次更换搅拌机械密封。 （注：此处更换下的机械密封用F135B2 作为代号）

在第三天早4∶00 左右更换完毕， 气密试验， 加水试车正常后，6∶30 左右投料，经过长时间跟踪检查，至第一釜料放料后，检查轴封密封系统未发现泄漏等异常。

2、对两套机械密封进行解体，原因分析：

对两套轴封大的部件进行检查，发现

F135B1 机械密封如图1 所示， 动环摩擦面有磨损。 主要原因是动环（石墨）有轻微变形，导致动静环磨擦面之间压得过紧，突出部分干磨擦，磨损加快（突出部分磨损加剧），从而缩短了机封使用寿命。同时由于原密封O 环使用材质为丁腈橡胶，虽然这种材质耐热、耐磨、耐腐蚀，但是因为聚合釜上面气相大部分是氯乙烯气体，丁腈橡胶遇见它会硬化。

F135B2 机械密封通过检查未发现有明显损伤及磨损。 动静环完好， 密封面无肉眼可见痕迹， 其余地方未发现有崩边及伤痕；密封圈完好，未发现有失弹及老化溶胀等现象；弹簧无变形及失弹等现象。同时检查其余零件未发现有磨损及碰撞痕迹。同时用平面检查仪器打光谱对密封面进行镜面检查， 发现密封面有变形。因此判断为该机封总成失效原因为密封面变形。该封出厂日期为2007 年2 月3 日，由于该机封轴径较大，密封面变形原因应为放置时间过长导致。

基于以上分析得出这两套机械密封的失效原因为：

2.1 使用时间长，机封属于损耗件，动静环正常磨损。

2.2 存放时间长，易导致动静环发生变形，密封摩擦面失效。

2.3 密封环材质选择没有针对工况，密封环易硬化。

四、预防措施：

在与轴封厂家技术人员交流时， 我们提出了以下预防类似事件的措施：

1.降低存放时间，使用前2 个月左右进货，若提前很长时间发货的情况下， 由轴封厂家派技术人员对存放机封进行定期检查，或将机封发回该公司检查。

2.严格检查机封各部件的生产、装配质量。

3.建议将密封O 环的材质由丁腈橡胶改为氟橡胶，减少密封O 环失效泄漏的可能， 这是由于原来材质丁腈橡胶遇氯乙烯易硬化，而氟橡胶因其耐高温、耐油、耐腐蚀等特点更适用于该工况。

4.当机械密封存放时间超过一年半的，需更换密封O 环，并检查机械密封各部件。

5.因为其它釜的轴封也发生过泄漏问题，其中的一个共性问题是在轴与轴套间泄漏，分析与轴封设计有关，后通过研究可在轴封内部进行改造， 将目前机械密封轴与轴套间采用的一道O环，改为两道O 环密封，即使发生泄漏，由于增加了一道保护，可延长轴封使用寿命。