機械密封在化工反應釜上的應用

【摘 要】機械密封是常見的軸封方式，它是靠一對或數對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力(或磁力)作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。在化工行業被廣泛使用，化工反應釜就是其中之一。

【關鍵詞】反應釜；械密封；故障

反應釜是綜合反應容器，反應過程中產生的壓力對容器的密封要求極高。在一般中等壓力或抽真空情況都會使用機械密封，所以機械密封在反應釜的應用非常廣，而機械密封的密封效果將直接影響反應釜的運行，嚴重的將造成停產、安全事故及環境污染等不可估量的損失。本文就化工反應釜中機械密封的常見故障、及其成因和排除作如下探討。

1.機械密封的結構

機械密封由靜環、動環、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環輔助密封圈和靜止環輔助密封圈等元件組成，防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環轉動。動環和靜環還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償環。其中動環和軸一起旋轉，動環和靜環緊密貼合組成密封面，以防止介質泄漏。動環依靠密封室中液體的壓力使其端面壓緊在靜環端面上，并在兩環端面上產生適當的比壓和保持一層極薄的液體膜而達到密封的目的。壓緊元件產生壓力，即使反應釜在不工作狀態下，端面也保持貼合，保證密封介質不外漏，并防止雜質進入密封端面。密封元件起密封動環與軸的間隙、靜環與壓蓋的間隙的作用，同時彈性元件對反應釜的振動、沖擊起緩沖作用。

2.機械密封的故障及處理

2.1機械密封零件的故障及處理

反應釜在運行當中，密封端面經常會出現磨損、熱裂、變形、破損等情況，螺桿、螺紋、彈簧用久了也會松弛、斷裂和腐蝕。輔助密封圈也會出現裂口、扭曲和變形、破裂等情況。機械密封的零件如果出現故障，就需要更換零件或是提高零件的機械加工精度，提高機械密封本身的加工精度和反應釜其他部件的加工精度對機械密封的效果非常有利。為了提高密封效果，對動環、靜環的摩擦面的光潔度和平整度要求較高。動環、靜環的摩擦面的寬度不大，一般在2～7毫米之間。

2.2機械密封振動、發熱故障原因及處理

反應釜運轉過程中，受到機械磨損和化學侵蝕作用，會使動靜環貼合端面粗糙，動靜環與密封腔的間隙太小，由于振擺引起碰撞從而引起振動。有時由于密封端面(耐腐蝕和）耐溫性能不良，或是冷卻不足或端面在安裝時夾有顆粒雜質，也會引起機械密封的振動和發熱。如果動環、靜環與密封腔的間隙太小，就要增大密封腔內徑或減小轉動外徑，至少保證0.75mm的間隙。如果是摩擦副配對不當，就要更改動環、靜環材料，使其耐溫，耐腐蝕。這樣就會減少機械密封的振動和發熱。

2.3機械密封泄漏的原因及處理

2.3.1機械密封泄漏的途徑

靜止環與壓蓋、壓蓋與殼體之間的密封是泄漏途徑，它們均屬靜密封。旋轉環與軸之間的密封也是泄漏途徑之一，當端面摩擦磨損后，它僅僅能追隨補償環沿軸向作微量的移動，實際上它也是一個相對的靜密封。因此，這三處泄漏途徑相對來說比較容易封堵。靜密封元件最常用的有橡膠O形圈或聚四氟乙烯V形圈，而作為補償環的旋轉環或靜止環輔助密封，有時采用兼備彈性元件功能的橡膠、聚四氟乙烯或金屬波紋管的結構。旋轉環與靜止環的端面彼此貼合作相對滑動的動密封，它是最主要的泄露途徑，也是機械密封裝置中的主密封，它是決定機械密封性能和壽命的關鍵。因此，對密封端面的加工要求很高，同時為了使密封端面間保持必要的潤滑液膜，必須嚴格腔制端面上的單位面積壓力，壓力過大，不易形成穩定的潤滑液膜，會加速端面的磨損；壓力過小，泄漏量增加。所以，要想獲得良好的密封性能和較長的使用期限，在設計和安裝機械密封時，一定要保證端面單位面積壓力值在最適當的范圍。

2.3.2機械密封靜壓試驗時泄漏原因

機械密封由于在安裝時不注意，往往會將密封端面碰傷、變形、損壞，清理不凈、夾有顆粒狀雜質，或是由于定位螺釘松動、壓蓋沒有壓緊，機器、設備精度不夠，使密封面沒有完全貼合，都會造成介質泄漏。如果是軸套漏，則是軸套密封圈裝配時未被壓緊或壓縮量不夠或損壞。

2.3.3機械密封周期性或陣發性泄漏原因

機械密封的轉子組件周期性振動、軸向竄動量較大，都會造成泄漏。機械密封的密封面要有一定的比壓，這樣才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，反應釜旋轉起來使密封面產生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機械密封要求軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.25mm以內。但在實際運用中，由于設計的不合理、制造誤差、裝配誤差等原因，往往導致軸產生很大的竄量，出現周期性或陣發性泄漏。

2.3.4機械密封經常性泄漏原因

機械密封經常性泄漏的原因有很多方面：一是由于密封端面缺陷引起的經常性泄漏；二是輔助密封圈引起的經常性泄漏；三是彈簧缺陷引起的泄漏；其它還包括轉子振動引起的泄漏，傳動、緊定和止推零件質量不好或松動引起泄漏，機械密封輔助機構引起的泄漏，由于介質的問題引起的經常性泄漏等。

2.3.5減少機械密封泄漏的措施

（1）裝配時要干凈光潔。機械密封的零部件、工器具、潤滑油、揩拭材料要十分干凈。動靜環的密封端面要用柔軟的紗布揩拭。（2）修整倒角倒圓。軸、密封端蓋等倒角要修整光滑，軸和端蓋的有關圓角要砂光擦亮。（3）裝配輔助密封圈時，橡膠輔助密封圈不能用汽油、煤油浸泡洗滌，以免脹大變形，過早老化。動靜環組裝完后，用手按動補償環，檢查是否到位，是否靈活;彈性開口環是否定位可靠。動環安裝后，必須保證它在軸上軸向移動靈活。

3.機械密封振動偏大及處理方法

機械密封如果振動偏大，最終將導致密封失效。但是導致機械密封振動偏大的原因并不都是機械密封自身的原因，反應釜的其它零部件也是產生振動的根源，如軸設計不合理、加工的原因、軸承精度不夠、聯軸器的平行度差、徑向力大等原因。所以在安裝軸、密封腔體、機械密封件本身時應將其清洗干凈，防止雜質進入密封安裝部位。并合理地設計軸向力的平衡裝置，使安裝機械密封件的設備轉子軸向竄動量≤0.3mm，消除軸向竄量。

4.機械密封的選型方法及基本原則

機械密封按工作條件和介質性質的不同，有耐高溫、耐低溫機械密封，耐高壓、耐腐蝕機械密封，耐顆粒介質機械密封和適應易汽化的輕質烴介質的機械密封等，應根據不同的用處選取不同結構型式和材料的機械密封。

選型的主要參數有：密封腔體壓力（MPA）、流體溫度（℃）、工作速度（M／S）、流體的特性以及安裝密封的有效空間等。

選型的基本原則：（1）根據密封腔體壓力，確定密封結構采用平衡型或非平衡型，單端面或雙端面等。（2）根據工作速度，確定采用旋轉式或靜止式，流體動壓式或非接觸型。（3）根據溫度及流體性質，確定摩擦副和輔助密封材料，以及正確選擇潤滑、沖洗、保溫、冷卻等機械密封循環保護系統等。（4）根據安裝密封的有效空間，確定采用多彈簧或單彈簧或波形彈簧，內裝式或外裝式。

總之，機械密封在反應釜的應用中，會出現各種各樣的故障，產生的原因也是復雜的，只有通過觀察，認真分析后，不斷總結經驗教訓，才能找到故障原因和解決方法。在機械密封的設計和選型中，要充分考慮它的應用條件，選用合適的密封結構和零部件材料，防止因設計不當引起的密封失效。此外，從運行和維護角度要求現場操作人員必須熟悉和掌握反應釜的結構、原理和工作性能，能嚴格按照規章制度使用設備和按時定期保養，并充分滿足反應釜和機械密封部件的工作條件，力爭延長其使用壽命。