搅拌器机械内漏原因分析及技术改造

[摘要] 分析某化工厂安装在储罐顶部的搅拌器机械密封在工作过程中出现泄漏和失效的主要原因，根据机械密封的实际工况结合检修经验提出了一些消除机封内漏和延长机封使用寿命的建议。

[关键词] 机械密封“0”环检修搅拌器

一、概述

由美国LIGHTNIN公司制造的搅拌器是安装在某化工厂反应器储罐内的关键设备，搅拌器机封为双端面机封。靠大气一侧的机封面为平衡型，其密封面的密封比压由弹簧的弹力来获得；靠近储罐内介质一侧的为非平衡型，其密封面的密封比压由弹簧的弹力和甘油压差共同合成(甘油压差是指机封腔内甘油压力与储罐顶差)。

搅拌器自投入使用以来，其机械密封使用三个月左右，即会出现严重的内漏，两台甘油补给泵启动十分频繁，有时甚至来不及补给甘油，基本上形不成正压差。搅拌器机封的内漏极大的影响了化工厂生产装置的稳定性，同时加大了生产的成本。

二、搅拌器机封内漏原因分析

将检修时拆出的搅拌器机封解体后发现机封内动环、静环、弹簧及靠近大气侧的“0”环均完好，但是靠近储罐内侧的两个“0”环出现严重老化、腐烂、变形、断裂的状况。

据此判断出造成机封内漏的主要原因就是机封内侧的“0”环失效，导致机封内侧“0”环过早失效的原因主要有以下几点：

1、储罐内是一些易挥发且腐蚀性极强的高温介质(温度为200℃左右)，使搅拌器机封在储罐内侧“0”环工作环境十分恶劣，因过度腐蚀而过早老化。

2、搅拌器的搅拌轴较长，在其运行时有较大的轴振动。机封内的“0”环虽为静密封，但随着机封轴的振动，“0”环在机封内会相应地受到挤压，产生一些蠕动，加速了“0”环的磨损和老化，使“0”环密封过早失效。

3、原先使用的机封“0”环材质为氟橡胶，其耐腐蚀、抗挤压老化能力相对来说比较差。

4、机封腔内的甘油工作压力超过机封内的“0”环所能承受的最大抗压变形能力，导致“0”环变形失效；

5、机封密封液未循环，工作时动、静环面摩擦产生的热量无法散去，使动、静环之间的液膜汽化，发生“干摩"；进而导致机封整体温度上升，加速机封内“O”环的老化、变形。

三、搅拌器机封消漏技术改造

机封在高温、腐蚀性强的操作环境下工作是由化工生产工艺所决定的，不能变化。因此，我们只能从其它几个造成机封内漏的原因逐条阐述相应的技术改造措施。

1、控制因搅拌器机组和轴系运行振动而导致的机封内漏现象

技改措施： 1） 改进搅拌器底部轴承的支撑结构。

搅拌器原厂设计时底部轴承支撑为三个“一”字型组成的结构（见图1），使用中的实践证明此种结构的底部轴承强度较低。装置投产以来，底部轴承支撑件经常联接件断裂和散架的现象，进而使的搅拌轴左右大幅度摆动，机封内的元件尤其是“O”环受到严重挤压变形，继而造成机封发生内漏而失效。

图1： “一”字型底部轴承支撑

在停车大修期间，根据搅拌器的底部轴承支撑运行的实际状况，对其进行结构加强和改进，将原来的“一”字型结构改成“A”字型结构（见图2），加强了底部轴承支撑强度。

图2：改进后的“A”字型底部轴承支撑

改造后的搅拌器底部轴承支撑再未发生过断裂或散架故障，降低了搅拌轴的摆动幅度，给机封运行营造了一个优良的外部环境。

2）选用合适的底部稳定轴承并正确安装

另外一个造成机组和轴系振动过大，进而影响搅拌器机封使用寿命的原因是搅拌器底部稳定轴承的磨损问题。在长期的生产过程中，我们试用了不同种类和品牌的底部稳定轴承，结合轴承工作环境，综合比较了各类性能参数，最终确定了由某公司生产的，在价格、耐磨性、自性及抗冲击等性能表现的较为优秀的底部稳定轴承。此外，要延长底部轴承的使用寿命，必须控制底部稳定轴承的安装质量，保证稳定轴承的安装符合精度要求。

2、消除机封内氟橡胶材质的“0”环耐腐蚀性、抗挤压老化能力差造成的机封内漏现象

技改措施：选用新型全氟醚橡胶材质的“0”环代替氟橡胶“O”环。

前文已经提到，氟橡胶“O”环耐腐蚀及抗挤压老化能力较差。全氟醚橡胶比起普通的氟橡胶，其氟化程度是全氟化，另外普通橡胶中的C-0或C-OH结构在全氟醚橡胶中被氧化生成醚结构的官能团，其结构也十分稳定。因此，全氟醚橡胶综合性能比氟橡胶要高出许多。在搅拌器实际运行后发现选用全氟醚橡胶材质的“O”环的机封比使用氟橡胶材质的“O”环的机封有效寿命提高了4个多月。

3、消除因机封内甘油压力过高而造成的机封内漏现象

技改措施：根据机封使用的技术要求和实际使用的经验值，通过不断的实验，最终将输入机封的甘油压力控制在比储罐内介质压力高10％以上，其最高工作压力需控制在2040Kpa以下，避免出现因甘油工作压力超过“0”环所能承受的最大抗压变形能力导致的“0”环变形失效，同时避免因机封密封端面的比压过大造成甘油液膜太薄或被破坏，进而导致动静环密封面会产生“干摩”，缩短机封使用寿命的情况出现。

4、消除因机封运行时动、静环摩擦产生过高摩擦热导致的机封内漏现象

改进措施：搅拌器机封冷却系统是机封腔内的一个循环水夹套，机封运行时产生的摩擦热由循环水带走。但在实际生产操作过程中检测的机封温度值任然偏高，在检查了冷却水循环系统状况后发现两个问题：1）冷却水管行程较长，且未作保温，冷却水温度偏高，降低了机封的冷却效果；2）冷却水压力过低，机封内冷却水循环较慢，一定程度上也降低机封的冷却效果。这两个问题在给循环水管保温和加大循环水压力后得到了解决，机封工作时的检测温度值也降低到规定值以下。

5、其他造成搅拌器机封内漏的因素

检修中，机封的安装质量直接影响到其使用寿命，尤其在压缩量调整、“0"环在安装时的保护、密封面与轴的垂直度等方面要有足够的重视。

首先，如压缩量调整不当，将直接影响机封密封面上的端面比压，一侧过大一侧过小，使密封面上的液膜不稳固或形不成。比压大的一侧随着温度升高液膜有可能汽化，导致“干摩”，比压过小的一侧可能会直接导致密封液泄漏。

其次，由于“0”环在装配时一般有10％一30％的压缩变形，使得装配起来比较困难，如不注意，与“0”环接触的金属件就会将“0”环划破，容易直接导致机封失效。

另外，动、静环面与轴的垂直度偏差过大的话，会使密封面间的液膜厚薄不一，形成不稳定的液膜，也会导致机封泄漏。

五、搅拌器机封技改前后的比较

通过技术改造机封甘油使用量从16吨/月的大幅下降到0.15吨/月；同时机封使用寿命从3个月延长到17个月。其经济效益不言而喻。

六、结束语

引起机封失效的原因有许多，除了机封本身的结构及材质外，还有许多外部因素。我们要从各自不同的工况出发，选择最合适自己所需的材质，解决机封自身问题；同时，我们也要为机封运行营造一个最佳的外部环境，如降低轴振动、加强机封散热、稳定住甘油压力从而使密封面比压相对稳定等等。

参 考文献

[1] 余国琮等 化工机器，天津：天津大学出版社，1987。

[2]陈洪伟等 化工设备与防腐蚀2003年03期。

[3] TPL Vendor Documentation，(供货商资料)ASTM D3958， 1998。