王井水
（巨化集團公司氟聚合物事業部，浙江衢州324004）

　　摘　要：從溫度、壓力、介質等多方（fāng）麵因素考慮，介紹了含氟聚（jù）合物聚合釜機械（xiè）密封選型經驗；分析了（le）機械密封頻繁泄漏的（de）原因，認為主要原因是攪拌槳型不合理引起的轉軸動平衡不穩、徑（jìng）向串量大等。將攪（jiǎo）拌槳（jiǎng）由（yóu）螺帶式改為槳葉式，輸（shū）入、輸出兩端雙機（jī）封改為輸入端單機封，以穩定軸係（xì）運轉。實際運行1a結果表明，機械密封泄漏次（cì）數大幅（fú）降低，降低了檢（jiǎn）修費用及備件壓力，保證了（le）聚合釜高效運轉（zhuǎn）。
　　關鍵詞：機（jī）械密封；選型；聚合釜（fǔ）；泄漏

　　機械密封正常運行是聚合生產穩定進行的基本保障，特別是在易（yì）燃易爆的反應介質下，機械密封的重要性尤顯（xiǎn）突出。機械密封若無法正常運行，不（bú）僅嚴重影響聚合生產效率（lǜ），還會造成反應原料報廢損失，且給檢（jiǎn）修帶來巨大壓力。筆者（zhě）長期觀察聚合（hé）釜運行，對每次機械密封的泄漏情況做了詳細記（jì）錄（lù）。針對某含氟聚合物聚合釜，分別從溫度、壓力（lì）、介質（zhì）等方麵介紹聚合釜機械密封及輔助係統的選型經驗；並結合聚合釜機械密封泄漏情況（kuàng），分析（xī）原因、實施改造（zào）。
　　1　選型及輔助係統配置
　　1.1　聚合釜基本工況（kuàng）及介質條件
　　聚合釜為臥式帶夾套（tào），螺帶式攪拌槳，容（róng）積7m3；反應壓力4.5MPa、溫度（dù）140℃，單批反應（yīng）時間6h。反應介質為某種含氟單體及助劑，酸性，並帶有顆粒物質，粘性較（jiào）大（dà），易燃易爆。
　　1.2　高溫條件下（xià）的選型
　　聚合釜工作（zuò）溫度較高，機械密封（fēng）腔內（nèi）溫度、冷卻液（去（qù）離子（zǐ）水）溫度隨之升高，導致（zhì）密封（fēng）端麵摩擦係數（shù）增大（dà）。當溫度達到水的沸點時，密封端麵間的（de）液膜汽化，形成摩擦副幹摩擦，磨損（sǔn）逐漸增大，Z終造成機械密封功能（néng）失效^[1]。在高溫（wēn）作用下，密封組件的疲勞強度（dù）降（jiàng）低，容易發生熱形變和熱裂（liè）的（de）現象。形變就（jiù）會造（zào）成鬆脫，相互之間（jiān）的（de）配合精度改（gǎi）變，同樣會造成密封失效。同（tóng）時，聚合釜內反應呈酸性環境，密封組件的腐蝕和磨損將加劇，導致使用耐久性（xìng）降低。
　　因（yīn）此在聚合釜高溫條件下，應（yīng）采取冷卻措施。配備外冷卻液循環係統：設置液封儲罐（guàn），在（zài）回水管段配置（zhì）冷卻器，盡可能地降低冷卻液溫度，使密封端麵溫度始終低於介質汽化溫度。另外，密封（fēng）組合件選擇熱（rè）膨脹係數相近的材（cái）料，防（fáng）止熱變形引起的配（pèi）合失效^[2]。
　　1.3　高（gāo）壓及真空條件下的選型
　　聚（jù）合釜在反應前，需進行多次置（zhì）換以除盡釜內殘（cán）留氣體。為加快置換速率，利用真空泵進行抽氣。若是密封腔內形成真空，將會（huì）引起摩擦副幹（gàn）摩擦。此（cǐ）外，聚合反應的（de）工作壓力約4.5MPa。當密封腔內壓力超過3.0MPa時，會使密封（fēng）端麵比壓過大，液膜難以（yǐ）形成。同時，高壓還會使密封組件變形，引起密封失效。
　　針對聚合釜真空和高壓這2個（gè）極端的壓力條件，應選用雙端麵機械密封^[3]。通過2道密封，防止密封腔內形成真空。同時，選擇載（zǎi）荷（hé）係數較小的平衡型（xíng）機械密（mì）封，這樣在高（gāo）壓的條件下，仍然可以保證密封（fēng）端（duān）麵受力均勻，防止密封端麵傾斜甚至摩擦，降低密封失效（xiào）幾率。
　　1.4　複雜介質條件下的選型
　　聚合反應的原料中存在氣體介質。機械密（mì）封通常隻能（néng）密封（fēng）液體介質，不能直接密封氣體（tǐ）介質。因為密（mì）封兩（liǎng）端麵（miàn）間不能形成（chéng）液膜。另外，反應過程中會產生類似麵糊的粘性膠狀物，遇冷後部分會變成較堅硬的顆粒物。這些（xiē）物（wù）料進入密封腔內，會粘住補償機構內的彈性元件，引起失彈（dàn），還會破壞（huài）密封麵（miàn）的平衡和（hé）液膜的連續（xù）性，引起摩擦副（fù）幹（gàn）摩擦。
　　針對聚合釜有氣體、有粘性、顆粒狀（zhuàng）的複雜（zá）介質條件，選型（xíng）時應考（kǎo）慮（lǜ）：1）選用雙端麵密封結構（gòu），達到間接密封的效果，防止氣體介（jiè）質泄露；2）在機封底部安裝四氟擋料環，Z大限度防止粘（zhān）性（xìng）物（wù）進入；3）采取衝刷措施，在液封（fēng）儲罐（guàn）下方，機械（xiè）密封冷（lěng）卻水進水管段設置循環增壓泵，在合適的壓力範圍內給冷卻水增壓，起到衝刷密封（fēng）腔及循環管（guǎn）線，防止顆粒（lì）物沉澱的作用。
　　綜合（hé）以上3方麵分析，選擇外裝式多彈簧平衡型雙端麵機械（xiè）密封，並配備外冷卻液循環輔助係統。輸入和輸出端各配置1套機（jī）械（xiè）密封。如圖1和圖2所示。

　　2　泄（xiè）漏及解決
　　2.1　泄漏現象及原因分析
　　聚合（hé）釜投入生產後，第1年泄漏9次，第2年泄漏11次，平均1.2個月就需停車檢修。內漏和外漏2種情況都有發生，且無（wú）明顯規律。雙端麵機械密封有2道密封腔，如果密封腔被破壞，內漏是密封液分別（bié）漏往釜內，外漏則是漏往機封外部的觀察（chá）孔。
　　通過對泄（xiè）漏機械密封的拆檢發（fā）現，摩擦副破損的次數占絕大部分，少數幾（jǐ）次有動、靜環位置鬆動甚至散架的現（xiàn）象。其共（gòng）同的特（tè）點是，端麵無長期運（yùn）行形成的漸進式輕微劃痕，厚度也未減少，動環座、輔（fǔ）助密（mì）封（fēng）圈都有鬆動、跑位的現象。
　　分析原因可能有2種，一是檢修時裝配不到位或者（zhě）螺栓預緊力不夠；二是聚合釜在（zài）運行時，攪拌軸係動平衡不穩定，徑向串（chuàn）量過大。這2者都會引起機械密封運行時密封（fēng）麵鬆動、跑偏，從而導致兩端麵之間（jiān）相對位置變化，相互摩擦（cā）甚至碰撞。但（dàn）經過（guò）裝配試驗後（hòu），排除了第1種可（kě）能。
　　從軸係結構形式及機械（xiè）密封配置方式分析，聚（jù）合釜槳葉呈螺旋狀分布，由於其形狀的複雜性（xìng），故徑向作用力很難相互抵消；加上（shàng）焊接製造困難，常出現焊縫開裂、螺帶脫落的現象，從而加劇軸（zhóu）係運轉的不平衡。由於（yú）螺帶（dài）槳（jiǎng）葉未裝配在攪拌軸上，而是焊接在（zài）加強筋上，故造成輸入段與輸出段的（de）攪拌軸同軸度（dù）、直線度不夠，這也加劇了攪拌軸在運行中的失穩現象。由此判斷，軸係結構及（jí）機械密封（fēng）配置不合理，引起的轉軸動（dòng）平衡不穩、徑向串量大，從而（ér）引起機封震動，螺栓（shuān）逐（zhú）漸鬆動，各裝配間隙變化（huà），Z終引（yǐn）起機械密封損壞、泄漏。
　　2.2　解決（jué）方（fāng）案
　　根據上（shàng）述分（fèn）析結果，結合生產（chǎn）工藝因素，製定相應的聚合釜改（gǎi）造方案：
　　1）將攪拌槳由螺帶式改（gǎi）為槳葉式，一軸貫穿釜內，穩定軸（zhóu）係運轉；
　　2）輸入、輸出兩端雙機封改為輸入端單機封，在（zài）輸入端設置軸承支架，輸出端裝配（pèi）軸套和盲法蘭，消除2端同軸度不（bú）匹配的問題，進一步穩定軸（zhóu）係運轉。
　　改造後聚合釜軸係結構（gòu）形式與機（jī）械密封配置方式，如圖3所示。

　　3　結論
　　設備改造後，經過生產試驗，聚合釜運行（háng）工（gōng）藝參數（shù）符合生產指標，同時機（jī）械密封運行狀況也大為（wéi）改善（shàn）。正常投料頻率下運行1年，僅（jǐn）發生過1次泄漏現象。聚合釜配置的機械密封由2套降為1套，泄漏點減（jiǎn）少；在機械密封及輔助係統正確地選型和配置前（qián）提下，軸係運轉的不穩定因素（sù）得到徹底消除。
　　機械密封泄（xiè）漏問題的解決，減少了檢修次（cì）數，降低了檢修費用及備件壓力（lì）。同（tóng）時，機械密封地可靠運行，也有效地保障了聚合釜高效運轉，提高了生產效率和（hé）經濟效（xiào）益。
　　綜上（shàng）所訴，要保證聚合（hé）釜機械密封長（zhǎng）期有效地運行，科學選型及合理（lǐ）配置輔助係統是基礎，同時應兼顧軸係結構形式及機械密封配置方式（shì）地合理選擇。
　　參（cān）考文獻
　　[1]陳匡民，董宗玉（yù），陳文梅.流體動密封[M].成都：科技（jì）大學出版社，1990：179-190.
　　[2]顧永泉.流體動密封[M].青島：石油大學出版社，1990：223-225.
　　[3]何玉傑（jié）.機械密封選用手冊[M].北京（jīng）：機械工業出版社，2011：51-53.

 來源：《化工生（shēng）產與技術》2015年1期