70mPVC聚合釜机械密封泄漏原因分析及防治措施

申国威（新疆中泰化学股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830009）

作者信息：申国威 男、1968年6月、新疆中泰化学股份有限公司技术中心、工程师、研究方向：科技研发

70m3PVC聚合反应釜是PVC生产工业中重要的反应设备，其工作状态对后续产品质量影响至关重要。聚合釜是一个高精度的机械，结构比较复杂，所以当这个机械出现故障的时候，就会需要很长的时间来进行维修，维修的费用还相当的高，对生产的影响很大。所以要做好日常的保护和维修工作，延长机械的使用寿命，才可以保障生产任务的正常进行。

一、聚合釜基本情况存在的问题

新疆中泰化学华泰重化工有限责任公司聚合生产装置共有12台70m3PVC聚合釜。釜用机械密封在工艺连续生产期间,2#聚合装置聚合釜机械密封出现多次泄露故障，频繁出现“O”型圈损坏，机械密封失效泄漏，据统计聚合釜用机械密封平均使用寿命只有不足2个月，而且机器在运转期间极不稳定，需要时常的进行维修，在维修的过程中，在进行试压的过程中，主要压强不合格，往往需要多次的装配才可以。设备的维修是非常耗时耗力的，而且维修的效果也非常的不好。机械密封泄漏故障给装置的正常生产带来很大影响，严重影响聚氯乙烯正常的工艺生产并造成了产品的合格率低，其释放出的有毒气体，留下的易燃、易爆的东西给人们的生命安全，生产环境带来了不好的影响和不安全隐患。

二、70 m3聚合釜机械密封的基本结构

70m3聚合釜机械的轴封部分是双端面平衡型机械的密封。釜用机械密封是平衡型的单独油系统润滑密封，在夹套内部是循环水冷却，如果釜内温度温度过高，就会造成冷却循环水不畅。聚合釜的的大轴径密封的构造是由动环和静环组成的摩擦副，还有补偿机构的朱原件弹簧和附原件密封圈组成；零部件（轴套、压盖、定位销、轴承、垫片等）。（如图）

1.o型圈2.水封件3.4.5.弹簧6.密封圈7.静环座8.9.轴承座10.NSK轴承11.12.螺栓13.14.15.骨架油封16.静环o型圈17.18.19.紧钉螺钉20.弹簧座o型圈21.上静环件22.上静环o型圈23.衬套o型圈24.衬套25.26.27.o型圈28弹簧座29.弹簧30.31.32.下静环33.螺栓34.弹簧35.外压盖36.油杯37.骨架油封38.螺杆39.弹簧40.41.42.法兰密封组43.水封o型圈

三.机械密封的工作原理及特点

1.机械密封在运转的时候，是由两对以上的垂直于旋转端面的流体压力和补偿构造中，弹簧的弹力作用下共同协作完成的，整个装置呈现出贴合并滑动的状态，这个装置的主要作用是防止流体泄露。机械在旋转轴密封处采用的是动密封，70m PVC聚合釜采用的是双端面的多弹簧平衡型机械密封，主要分为三级，一级密封是与釜内的介质接触，二级密封是次要密封主要起辅助作用，材料采用的是进口氟橡胶0型圈(GB3452)，三级密封是机械密封轴套与搅拌轴密封，采用氟橡胶0型胶圈密封（原轴套内加工有两道0型圈装配槽）。

2.聚合釜工作压力较高，为了确保机械密封的正常运行，所以采用密封油站辅助系统，油泵增压进行有效的润滑和封闭。需要特别注意的是，树脂颗粒很容易进入到机器密封内，造成机械不能够正常的运转，正确解决方法是在双端面机械的上端面处和釜之间设置一个注水口腔，另外机械密封采用的是冷却水循环的方式，需要设置一个循环水的供水站，注水的时候要注意采用正确的正压法，用流量泵将密封水加压注入到密封腔内，从而起到保护机械密封的作用，冷却降温和改善运行条件，以延长机械密封的使用寿命。

3.7 0m3聚合釜机械密封的方式有好处也有坏处，优点是，“适应环境的能力强”可在高压、真空的环境里运行，也可在易腐蚀、易燃、易爆炸的条件下应用，缺点是，使用寿命过短，精度高，维修不便，维修费用高等。

四.机械密封失效原因分析

当70m3聚合釜机械有所泄漏之后，机械动力处及检修车间、工艺车间立即组织相关人员对聚合釜机械密封进行拆除解体，进行分解研究，一般有这几种情况：聚合釜机械密封运行中发生的泄漏最主要为动、静环与轴套之间密封有有所泄漏，在很多部位的O形封闭圈失去效果之后就会出现泄漏，或者因为安装不对出现泄漏。

1.动静环、轴套之间密封失效泄漏原因分析

（1）检查中发现静环和动环组成的两对密封端面出现动静环密封端面磨损严重，磨损量厚度减少平均为0.5～1mm。从对机械封闭的使用状况可以看出，在进行反应釜工作的时候需要的温度是150～160℃，恒温是3h～4h之间，里面所需要的压力是0.9MPa～1.5MPa。因为升温和降温一直不断的操作所以就导致釜内的压力和机械封闭里的压力都一直在变化。当温度上升的时候，釜内的压力也会上升，釜内的介质就会向外泄漏。在温度下降的时候，机械内的封液就会像釜内传递，这就让机械封闭下断面渐渐的没有作用。动、静环和端面接触的的较多，磨损较多，损坏就很快，再加入VCM反应物之后强度就变大了，它是一种小型颗粒很容易装入腔体，使端面严重磨损。

（2）摩擦副之间发生干摩擦

原来的冲洗润滑系统是有一定的缺陷的，这就让物料比较容易进入到系统或者系统的介质中。一旦发生内漏。将冲洗润滑系统关闭，由于摩擦的原因就会出现一定的热量。除了这些之外，釜内的温度也会升高，生成有热量的积聚，就让密封腔内温度有所升高。这些热量就会使端面液膜粘度降低而且产生气化反应。动静环与轴套及环座之间的密封O型橡胶圈超过规定温度还一直使用，这就使机器发生龟裂或正膨胀，导致密封失效造成泄漏。

4.1.3 动静环与轴套之间的密封

在实际运转中动环与轴套之间的密封圈最易泄露，因为动环与轴套之间的密封属于动密封点，不论是上动环还是下动环在弹簧元件为主的补偿缓冲机构的作用下，势必会形成一个微小轴向的位移，动环的频繁移动使密封圈磨损从而发生泄漏。

2.各部位的O型密封胶圈引发的泄漏

（1）O形密封圈间隙咬伤，密封失效泄漏最薄弱最频繁处主要是机械密封总成轴套与搅拌轴之间O型密封胶圈长时间高压作用下会发生变形或磨损而引发密封圈失效泄漏。轴套与搅拌轴含有圆度和椭圆度还有圆柱度等几何的精度，导致密封间隙的扩大和间隙挤出现象的加剧的原因还有零件不同心或者由于压力过大导致的膨胀等原因。间隙出现一定的问题还有一种可能就是O形密封圈的硬度产生的，聚合釜的压力和O形密封圈材料的硬度成反比，压力大的时候间隙就会变得严重。

（2）因为密封沟槽有一定的偏差，密封的尺寸不同，O形密封圈截面直径也出现不均匀的事情，就会导致O形密封圈的压缩大小是不一样的。如果沟槽和同轴的偏差比形密封圈的压缩量大的时候，密封就没作用了。密封沟槽同轴度偏差大还会导致其他的事故发生比如会使O形密封圈沿圆周压缩不均。除了这些之外还会有其他的影响O形密封圈截面直径、材质硬度、润滑油膜厚度等的不均还有密封轴表面粗糙度等这些原因最后使形密封圈的一部分沿工作表面滑动，可是另一面就会出现滚动，这就导致O形密封圈发生扭曲。密封装置发生损坏和泄漏的最主要的原因就是在使用的时候O形密封圈会发生扭曲会损害。由此可以看出如果想要将O形圈具的可靠性增强和加长寿命就要提高密封沟槽的加工的精密度。

3.安装不合理导致密封泄漏

（1）在装配前要对零部件进行详细的检查，机封性能得到保障主要的一个环节就是装配质量的精准性。检验的标准就是，零部件的齐全，产品质量是否符合技术标准以及密封材质、型号和规格的标准。机封密封的性能主要受到搅拌轴的轴、径向窜动的影响，一般情况下静密封点，轴套和搅拌轴之间的密封，压盖和静环之间的密封，釜体和密封压盖之间的密封都是静密封点，是不会发送泄露的。在对搅拌轴进行安装时，要使其尽量处于垂直的状态，因为机封对轴的窜动，在旋转轴发生径向窜时，会产生一定的追随性，就会出现一端面比压较小，而另一端面较大，甚至出现密封泄露的情况，因此对于径向窜动要考虑到安装的影响因素之内。

五.对机械密封泄漏采取的应对措施

1.O型密封圈安装位结构设计

经过与生产制造厂家技术研讨并和同行业氯碱厂专业技术人员咨询后，针对缺陷原因分析，提出将机械密封结构进行了技术改造。对介质侧的动环（石墨）结构调整为双胶圈密封结构新增加一道胶圈密封槽。对介质侧的轴套内孔由原来2道增改为3道，在轴套内孔新开一道密封槽（机加工精度必须确保）。将O型圈从原设计丁晴橡胶改为硅橡胶或氟橡胶。保障密封圈的使用寿命和使用效果，要提升其抗老化和耐高温的性能。加强硅氟橡胶密封圈的耐压、耐磨性能同时保证了胶圈的密封性能。轴套密封胶圈直接接触介质的O型圈改为包覆O型圈，而后侧的O型圈仍然采用硅氟橡胶，这样既保证了防腐蚀、耐高温又保证耐磨及密封性。

2.防止上动、静环之间发生干磨

（1）对机封端面的比压进行调整：双端面密封的压缩量基本上都是单端面密封压缩量的两倍，因此单面是2～4mm，双面时4～8mm。弹簧疲劳破坏的加速，就是在压缩量较大，就会导致密封端面的PV值上升，而且弹簧应力增加。对安装测量进行检修，提出变动环弹簧长度2.8～3.0mm，或将动环厚度减少1.8～2.3mm。

（2）为保障机封的使用寿命，对冷却和润滑的条件进行改善，可以对摩擦副过热现象和液膜气化及端面间摩擦热可以有效的防止。在开车前要先开机封油站，在设备运转之前要保障注满润滑油。先把排气孔打开，在注油时，油注满之后再对其关闭。为避免干摩擦而导致密封泄露的产生，在运转的过程中一定要注意定时排气。

（3）为了使机封可以在允许的温度范围内正常工作，就要对机械密封冷却水和温度的变化进行定期检查。为避免冷却不良现象的发生，要把出水温度控制在40℃以下，并且要注意冷却水堵塞和突然停水现象的发生，导致密封出现过热发生失效造成泄漏。

六.确保机械密封的安装质量与使用要求

对于釜用机封检修质量一定要有严格的要求，特别是在进行安装和维护时。要保障在安装过程中的每一步都要严格按照规范要求来，对于配件的质量要在安装之前就做好检查。

（1）机械密封安装精度的要求 安装机械密封部位的轴（或轴套）的径向跳动公差最大不超过0.04～0.06mm、转子轴向窜动不超过0.3mm。对于动静环的密封端面要保障没有气孔和裂纹，动环处镀层不能出现裂纹、气孔和脱落的现象；并且要把轴和动径内环的间隙控制在0.2～0.4mm内。对于静环端面的粗糙度要求不少于0.4，动环端面的粗糙度应为0.2，密封端面平面度公差 小于等于0.009mm。

（2）对于动环和轴之间的间隙，为了使O型圈不至于挤入到密封的间隙中，要对O型圈密封圈使用时按照工作的压力来选择合适的硬度，要保证O型圈的外观没有气泡、杂质和凹凸不平的现象，避免出现因为浮动性而出现密封泄露的情况；对于O型圈的尺寸要进行精确的检查测量，要保障在动环静环和轴套密封槽内O型圈有相应的压缩量，一般取0.5～1.0mm，并且要防止在安装的过程中被割伤或是被扭曲成麻花形状。

结束语

按以上叙述的措施在对技术进行改造后，由我公司生产装置的聚合釜机械密封在新的安装使用过程中使用的寿命由原有额一个月延长至六个月甚至更多未发生泄漏，证明对聚合釜机械密封泄漏原因的分析和改造是可行的。技改工作延长了机械密封的使用寿命，降低了聚合釜检修的频率和维修费用，保证了PVC聚合生产装置连续稳定运行。

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册(新版)[M].北京：机械工业出版社.2004.

[2]樊秀芹.浮动油封在采煤机上的应用分析[J].煤矿机械，2000，(3).