釜用搅拌器机械密封失效分析

张 展

（中信钛业股份有限公司，辽宁锦州 121005）

0 引言

随着科技的发展、技术的进步及新材料的应用，机械密封的使用在逐渐改进，但其效果并不是很理想，在一定程度制约着机械密封的使用[1]。大庆石化公司化工二厂自丁辛醇改扩建装置正式运营以来，频繁出现机封泄漏和釜体振动大等问题，严重影响正常生产[2]。根据釜用搅拌器机械运行状况分析机械密封失效原因，为消除釜用搅拌器机械密封失效隐患，改造釜用搅拌器机械密封系统，提高装置运行的安全性与稳定性。

1 机械密封结构

机械密封也称端面密封，是轴封装置中的旋转机械，运行原理是在一对或多对在断面垂直于轴的流体压力和补偿机构弹力中完全贴合和比较润滑的情况下形成的一种防流体泄漏装置。搅拌器机械密封的特点是机械稳定、能量损耗低、使用寿命长、功率小、不需要经常维修等。在自动化生产中，机械密封是一种比较合理并且推荐的生产方式，在温度高、压强大、失氧及其各种强酸、空气中漂泊粉尘颗粒等情况下都可以使用机械密封。机械密封是设备节能、防漏以及防止环境污染的重要基础件，对釜用机械设备及整个生产过程和安全性都有较大的影响。

搅拌器安全与稳定的运行，主要靠机械密封维持。釜用机械密封装置采用两个端面平衡可以载荷搅拌的径向力的机械密封。釜用机械密封置包括静环、动环、O 形密封圈和弹簧等部件。静环由石墨组成，且内外用质地较硬的合金包裹，再由多个弹簧对压紧圈进行挤压形成O 形密封圈。釜用机械密封多运用双端面密封的方式，由两组动环和静环以背对背的形式安装于机器中，结构如图1 所示。

图1 机械密封结构

2 机械密封失效分析

在设备的维修中，由于密封泄漏引起的停机占所有故障的50%左右，搅拌器使用的机械密封为双端面机械密封，其失效机理主要是密封的失效。设备运行中，各部位零件运行过程中产生的摩擦和搅拌机运行产生的热量会使密封面的温度直线上升，密封面由于高温产生轻微形变，还会产生介质气化、密封圈老化、轻微磨损，还有可能出现热痕。其次，在非正常操作还会对机械造成短期的密封失效[3]。

2.1 静环座安装

在搅拌器各零件安装后，检验工作主要是工作人员完成。轴套与静环安装的契合度主要由工作人员的经验来决定，安装的质量完全由人为控制。一般情况下，搅拌器静环座与密封腔缺乏适宜的定位零件，使搅拌器机械密封存在一定的风险。同时，轴套与静环间的距离较小，其半径只有0.5 mm 的距离，因此，搅拌器工作过程中，若摆动量较大以及静环座安装前存在误差，会导致静环与轴套之间摩擦，摩擦频繁导致其破裂，进而导致搅拌器机械密封失效。

2.2 搅拌轴摆动与搅拌器振动

在搅拌器运行期间，下部和搅拌部分被强烈摇动，是由机器长时间运行引起的。下轴承的磨损导致搅拌轴轴套与底部轴承间的间隙增加，引起运动幅度增加，加剧对底座、机械密封和减速箱的冲击，从而增加反应釜体、机架和机械密封的振动。由于减速箱轴之间的距离小且轴套的强度低，搅拌轴具有较大的悬臂长度，并且搅拌轴具有高度混合，尽管混合器的设计已经改进，但搅拌器变速箱和搅拌器轴连接处轴套间距的变化导致搅拌器轴在操作期间的振荡保持不变，随着时间的推移，轴套和搅拌轴之间会有很多磨损，使搅拌器机械密封出现严重失效。

2.3 机械密封摩擦材料选择

反应釜原进口机械密封采用双端面背靠背平衡型旋转式结构。推环上固定着4 个定位销，一组弹簧公用两组动环，如图2所示，并且其材质与风动环材质均采用石墨与金刚砂，静环采用SiC 材质。动环有4 个定位销，且每个定位销接触面积不大，结构设计较薄弱，机器运行后转矩变大，往往导致动环在定位销孔处产生裂痕和裂纹。其次，搅拌器的加工材料为三聚氰胺料浆，其中含有大量颗粒状的一聚氰胺结晶物质，比较容易让动环产生磨损，致使机械密封效果下降并导致泄漏问题的出现，其磨损原理如图3 所示。

2.4 O 形圈失效分析

釜用搅拌机机械介质具有较多的O 形圈，例如，侧动环O 形圈、静环O 形圈、座O 形圈、轴套O 形圈等。机械密封在安装3～4 个月后往往会出现微漏现象，通过检修拆解机械密封发现O形密封圈老化，材料已经变质，起不到密封效果。在釜用搅拌机械强行循环运行过程中，由于机械密封的冷却受到了严重的影响，O 形圈在长期高温环境下老化，导致密封失效泄漏。同时，大气侧动环O 形圈、静环O 形圈以及其他部位O 形圈均采用普通氟橡胶。在机械运行中产生系统压力波动情况，釜内少量介质从侧面机械密封端进入大气侧机械密封端。普通氟橡胶对于醛的耐腐蚀性较差，使大气侧动环O 形圈、静环O 形圈以及其他部位O 形圈出现腐蚀、起泡以及麻点、膨胀现象，最后导致机械密封失效。由于材质问题，O 形环过热后会产生塑性变形或碳化而失去弹性。在冬季的室外，密封圈会迅速变硬，安装成为困难。同时，冬季密封油温度低、顺化程度较低，会导致密封圈经常出现变形或扭曲、断裂。使釜用搅拌器机械出现密封失效现象。

图2 介质侧、大气侧静环定位销

图3 磨损原理

3 结束语

在各种因素影响下，釜用搅拌器机械运行期间经常发生机械密封失效现象。结合搅拌器的实际情况，综合判断造成机械失效的原因，并对搅拌器进行设备优化，防止机械密封损伤现象的发生。同时，设备进行良好的维护和保养，才能创造较长的密封周期。