干磨双端面机械密封在搅拌式反应釜中的应用

路 庆 吴志晶

白银中天化工有限责任公司 甘肃白银 730600

搅拌式反应釜作为化工、制药生产中的关键设备，其运行稳定性和故障率很大程度上取决于机械密封装置的优劣，尤其是涉及腐蚀性、高压、超低压、高温、低温环境下的反应釜，其轴封是当前需要专门攻克的难题。反应釜搅拌轴根据伸入方式的不同分为顶部伸入式、底部伸入式和伸入式。以下主要针对常用顶部插入式反应釜搅拌轴的机械密封进行介绍，阐述安装、结构、系统运行等方面的优点，对电子级氟化锂生产中不同反应釜搅拌器密封遇到的问题进行分析。

1 双端面干磨机械密封在搅拌式反应釜中的应用

伴随着工业生产和新能源材料产业链的快速发展，拌和反应釜的反应压力、温度等标准在不断更新，并向性能卓越方向发展。与此同时，从避免原料环境污染、安全性和节能环保等层面，对机械密封设备的稳定性、使用期限、泄漏量和运作合理性的需求也越来越高。两面机械密封构造工作时，因为液体压力(物质压力)和弹性元件弹力的合力，在密封圈端面上形成一个合适的比压(卡紧力)，使动环和静环的两种触碰端面密切迎合，在端面间的小空隙中生成一层薄附面层，进而实现密封。

2 双端面干磨机械密封主要优点

（1）干磨机械密封使用过程中，无需添加任何密封液，依靠动静环端面的优良配方及机封设计结构来实现干磨擦。

（2）干磨机械密封可满足于如洁净度、高温、高压等要求的作业环境，不会因为机械密封添加密封液导致泄漏，污染原料。

（3）干磨机械密封设计自带内漏收集装置。机封在使用过程中，因端面的不断摩擦会有微量磨削粉料掉下来，它们被机封自带的收集槽收集，不会掉进釜内，而且定期可以打开排放。

（4）机械密封为模块化设计，无论什么种类的反应釜，机械密封都可以互换，通用性强，能够更好地服务生产。

（5）具备双向平衡型性能，介质端端面在使用过程中如发生操作失误，产生过压时也不会轻易打开泄漏，稳定性更强。

（6）干磨机械密封在设计时已考虑与湿磨机械密封的互换性，只要更换某些部位组件，就能实现简单转换；且设计时已考虑FDA 及GMP 标准的适用性，不需要改变结构。

（7）设备的噪音≤85Db，减速机效率≥94%；振动极限（均方根速度值）均不超过4.6mm/ s；设备在运转过程中，轴的摆动量不超过2.5mm/ m。

3 双端面干磨机械密封的选型方法

3.1 主要参数

影响双端面干磨机械密封的主要参数包括密封腔工作压力、液体(介质)温度、总流量、液体特性和组装机械密封的合理室内空间等。机械密封分成耐高压机械密封、抗腐蚀机械密封、耐热机械密封、抗低温机械密封、耐颗粒状介质机械密封和适用易气化轻烃介质的机械密封。在现实生产中，应依据不同的应用领域挑选不同结构和材质的机械密封。

3.2 基本准则

依据密封腔的工作压力明确密封构造应该是平衡的还是不平衡的，是单端或是双端；依据温度和液体(介质)特性，明确磨擦副和协助密封原材料，正确选择润滑、清洗、隔热保温、制冷等机械密封循环系统保护系统；依据工作速率，选择转盘式或静态数据式、流体机械式或非接触式；依据组装和密封的合理室内空间，可挑选单弹簧、多弹簧或波型弹簧、内装式或外装式。

4 正常生产过程中工况参数

机械密封必须避免同时在多个极限（压力、温度、速度）工况下运行，否则将加剧密封的磨损或引起密封面的损坏或橡胶圈的损坏。这将导致密封的寿命短和密封的突然失效，从而对人员和环境造成危害。

5 装配注意事项

5.1 装配前检查

装配前检查设备上的装配部件，例如夹紧盘位置处轴表面清除油脂；边缘倒角具有光滑的锥面，即30°/ 2mm；配合位置和O 形圈表面的粗糙度最好为10μm。

5.2 轴向密封安装部位

检查机械密封接触表面是否损坏；配合尺寸、轴的垂直度和同心度进行轴向密封安装；径向跳动偏差和轴向窜动公差应符合DIN28161；选用合适的润滑脂润滑，以免引起溶涨、分解；EP 橡胶制成的弹性元件不能用矿物润滑脂润滑。

5.3 安装

机械密封是集装式，预组装为工作状态，安装时不需要任何调整，将集装式机械密封直接安装到设备上即可。此安装说明仅仅适用于集装式机械密封的整体安装和拆卸。密封的装配必须在洁净的环境下完成，装配时避免野蛮操作。安装机械密封时，O 形圈与其他部件配合面可以涂抹一层润滑油。根据具体设备结构来确定集装式密封装配方式。

5.4 安装顺序

安装顺序依次为：安装O 形圈；集装密封整体推入安装轴；集装结构安装时，避免与轴肩或轴台阶碰撞，这样容易导致陶瓷密封面破碎；设备轴上安装夹紧结构的部位应清除油污，以保证传送效果，例如在轴套与轴之间加酒精清洗。

5.5 夹紧盘的固定

逆时针轻轻地拧紧部分螺栓，直到盘面水平；依次、均匀地拧紧所有螺栓，直到它们具有相同的扭矩（M5=3N·m；M6=7N·m）；运行时夹紧盘必须平行，移走止动垫片并对其加以固定。

5.6 管路连接

垂直安装管路，确保管路自排气；确保清洁液体流经管路，拧紧所有封压管件可用接头或直接弯曲实现管路弯曲；截止阀采用球阀；为了处理大气侧密封的泄漏，“排液”接口可接直管排放，没必要关闭；为了滚动轴承的润滑容易，“注油”口可以接到防护罩外面。

5.7 开车

开车前检查密封止动垫片是否拆卸或移走；密封和轴之间的扭矩传递是否合适；供应液管路安装是否正确，用清洁的液体（颗粒粒度＜10μm）灌满密封和供应管路。根据操作要求，缓冲液最好采用轻油软化水或蒸汽冷凝水；缓冲液（如介质超纯水）仅能使用与介质兼容的液体，且当泄漏到大气中时不会对环境和人造成伤害；缓冲液的黏度不应超过5mm2/ s,确保其顺畅循环。注意，如果缓冲液的压力降到介质压力以下（缓冲压偶然失效的情况下），介质侧的气体将通过介质侧的密封端面泄漏，会污染缓冲液并被收集在供应液容器，因此建议对缓冲液压力进行自动监控，且要定期更换缓冲液。

5.8 维修

为了保障密封功效，维修后的密封要做静压试验。如果密封必须在现场维修，那么必须在清洁的室内并由受过培训的人员按操作说明书维修。拆卸设备顺序与组装顺序相反：卸压，使缓冲液的压力降到大气压；机械密封排液；移开供应系统管路；把止动片推入轴套的沟槽，然后固定；拆卸夹紧盘（依次松开螺钉）；按传动设备制造商说明，用夹紧装置固定搅拌轴。

6 常见问题

6.1 组装

（1）密封腔的直径和深层应与密封部件使用说明一致，容许尺寸公差一般在0.13mm 之内；与轴套的尺寸偏差应是±0.03～±0.05mm。必须查验轴的径向安全通道。理论上，总窜动量矩不可超出0.25mm；轴的径向跳动一般控制在0.05mm 之内，径向跳动太大很有可能造成密封套与轴中间的损坏；若密封面自查泄漏量提升，会危害密封件的总体办公环境，进而减少密封件的使用期限。（2）查验轴的折射率,较大折射率要低于0.07mm。（3）查验密封腔与轴的对中状况，对中应低于0.13mm。

6.2 机械密封检查

查验全部构件，特别是密封面，要清理无结垢；查验旋转构件、传动系统销和弹簧销是否能随意挪动；查验转动构件的稳固螺丝是否扭紧。

6.3 机械密封的开启和应用

大部分机械密封被设计为在液态环境中工作，因而在起动前密封表层务必渗入液态中。干运行会毁坏密封面，危害机械密封的使用期限。启动设备运行前，工作环境对机械密封影响不大，但一定要确保密封设备在飞速运行时处在液体环境中。无论设备是否运作，制冷或清洗系统软件都不可断开。针对新安装的设备，第一次启动时有轻度泄露是正常的；进入密封磨合期后，即可达到无泄漏。

6.4 密封毁坏的主要原因

机械密封在搅拌器中起着至关重要的作用，但设备在使用中难免会遭到毁坏。分析其搅拌器密封毁坏的原因，有助于更好地维护保养设备。

（1）静环座组装精密度不足：一般静环座与搅拌器密封腔中间缺乏对应的精准定位件。组装时，轴套与静环的同轴度主要由工作员的工作经验确定，人为因素直接影响组装效率。另外，正中间轴套与静环中间的间距较小，为0.5mm 的一半，在轴晃动比较大、静环座组装前存有偏差等要素的直接影响下，静环与轴套中间常常产生磨擦，造成搅拌器机械密封损坏。

（2）搅拌器轴晃动和搅拌器震动：一般搅拌器组装在厚度较薄的反应罐中，若其端口弯曲刚度达不到相关要求，会造成搅拌器运行中震幅比较大。搅拌器轴与减速箱相接处磨损严重，轴与轴套间距比较大，造成搅拌器轴在运行时晃动比较大。与此同时，因为支撑点轴中间的间距相对较小，减速箱的轴套抗压强度相对较短。在搅拌轴持续运行过程中，轴套与轴中间的损坏状况越来越严重，造成搅拌轴持续晃动。

（3）磨擦副原材料的挑选存在的问题：机械密封中采用的滑动摩擦副原材料主要是金刚沙和高纯石墨等，再依据其特征关键选用软硬结合的方法。与此同时，其加工材料为氟化锂料浆，其中往往带有很多颗粒氟化锂结晶，容易对动环造成明显损坏，导致密封损坏和泄露。

7 结语

电子级氟化锂生产装置中所选用的搅拌反应釜，机械密封泄漏量要求非常严格。如果泄漏量过大，密封介质将会直接进入产品导致产品不合格，更甚者会直接造成生产装置停产。因此，在生产装置中需要选择可靠、稳定的机械密封装置。实践证明，干磨双端面机械密封装置完全可以满足其生产要求，有效保障生产装置的正常运行。