聚合釜用機(jī)械密封泄漏原因分析及處理方法

崔小紅 （齊魯石化公司氯堿廠 255400）

聚合釜為PVC 裝置的關(guān)鍵設(shè)備，多種易燃易爆、劇毒的化學(xué)品在其中進(jìn)行聚合反應(yīng)，因此，軸封直接影響著樹脂生產(chǎn)效率、裝置運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定及安全生產(chǎn)。 通過這幾年出現(xiàn)的聚合釜軸封泄漏現(xiàn)象，從其結(jié)構(gòu)上分析泄漏原因，采取措施維持生產(chǎn)，對(duì)泄漏的軸封進(jìn)行了檢修，并對(duì)日后生產(chǎn)提出一些維護(hù)措施。

一、 聚合釜軸封運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)

年產(chǎn)37 萬噸聚氯乙烯的2# 裝置是在2004 年新建的，自投產(chǎn)后，經(jīng)過不斷完善操作，優(yōu)化工藝生產(chǎn)，裝置設(shè)備基本上處于滿負(fù)荷狀態(tài)，聚合釜的攪拌軸長(zhǎng)有12 米, 直徑235 mm，下部有徑向支承。 攪拌槳葉：3 層2 葉平槳 直徑2070mm，自重較大，聚合釜上封頭處利用滾動(dòng)軸承控制其徑向偏擺及軸向力， 而在聚合釜內(nèi)部則無任何支撐，整個(gè)攪拌器處于懸吊狀態(tài)。 另外，由于工藝的要求， 攪拌器在不同的階段轉(zhuǎn)速變化也較大 （70-91r/min），同時(shí)在生產(chǎn)過程中有一定的VCM 單體揮發(fā)出來，使釜內(nèi)氣相部分呈酸性，可以說聚合釜軸封的工作條件非常惡劣。 2011年4 月，1 臺(tái)出現(xiàn)了明顯的泄漏，且有加劇現(xiàn)象，對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行形成了巨大的威脅。

二、 軸封結(jié)構(gòu)圖及工作原理

1、軸封結(jié)構(gòu)

軸封為集裝式雙端面小彈簧機(jī)械密封， 兩個(gè)動(dòng)環(huán)、 兩個(gè)靜環(huán)，10 件密封圈,2 件油封，1 套推力軸承。 密封O 環(huán)材質(zhì)為丁腈橡膠（后來改為FKM），動(dòng)環(huán)材質(zhì)為石墨，靜環(huán)為碳化硅。

2、軸封的工藝流程圖

軸封系統(tǒng)配有獨(dú)立的密封液和潤(rùn)滑液循環(huán)系統(tǒng)，由油罐、齒輪泵、返回閥、液位計(jì)等組成恒壓的循環(huán)系統(tǒng)。 設(shè)有油位低報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)，油位L-(1)低于70%時(shí)系統(tǒng)報(bào)警，以利于保護(hù)軸封。 軸封密封液為32# 抗磨液壓油， 從上密封油罐的加油口加入潤(rùn)滑油，靠系統(tǒng)壓力進(jìn)入下密封油罐（液位控制在100%），然后通過油泵加入軸封的下部，從上部流出至密封油罐，這可使密封液充滿密封腔，保護(hù)軸封不過熱，帶走與軸套摩擦產(chǎn)生的熱量，保證軸封不超過最高使用溫度，延長(zhǎng)軸封壽命。

三、軸封泄漏現(xiàn)象、判斷分析及處理措施

1、軸封泄漏現(xiàn)象

2011 年3 月該聚合釜油位報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)報(bào)警，經(jīng)過工藝、設(shè)備及電氣、儀表人員的現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)密封液油箱液位出現(xiàn)下降趨勢(shì)，由100%降至70%。 加滿油，通過做標(biāo)記的方法密切觀察，在48h 時(shí)間段液位計(jì)上的油位降低至5 個(gè)板處， 泄漏量為4 ml/h，而現(xiàn)場(chǎng)無外漏跡象，由此判斷發(fā)生了內(nèi)泄漏，導(dǎo)致聚合釜油位報(bào)警聯(lián)鎖系統(tǒng)LG-(1)報(bào)警。 由于是初期泄漏，因此具有間歇性。

4 月車間對(duì)該釜進(jìn)行清釜作業(yè)完成后，該釜進(jìn)行氣密，檢查軸封，發(fā)現(xiàn)軸套與軸接觸處有氣泡產(chǎn)生，同時(shí)軸套與外殼接觸處也發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生，泄漏量大約在1 滴/秒左右，超過了機(jī)械密封允許泄漏量 （軸或軸套直徑大于50mm 的， 泄漏量應(yīng)低于5mL/h），基于以上現(xiàn)象車間決定對(duì)攪拌機(jī)械密封進(jìn)行更換。 （注：此處更換下的機(jī)械密封用F135B1 作為代號(hào)）

下午4 時(shí)左右開始更換，11 時(shí)更換完畢，同時(shí)更換密封油罐內(nèi)全部潤(rùn)滑油。 進(jìn)行氣密，并保壓兩個(gè)小時(shí)后，未發(fā)現(xiàn)異常，密封油罐內(nèi)油位亦未發(fā)現(xiàn)異常。 加水試車（即加載試車）1 小時(shí)，觀察密封油罐油位正常，次日早晨6∶30 左右投料，觀察密封油罐油位未發(fā)現(xiàn)異常，到8∶00 左右再次檢查發(fā)現(xiàn)油位有輕微降低，但不明顯，到10∶00 左右，再去檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封上油罐油位已到了下限以下， 此泄漏量太大， 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過機(jī)械密封所允許的泄漏量，因此需再次更換攪拌機(jī)械密封。 （注：此處更換下的機(jī)械密封用F135B2 作為代號(hào)）

在第三天早4∶00 左右更換完畢， 氣密試驗(yàn)， 加水試車正常后，6∶30 左右投料，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間跟蹤檢查，至第一釜料放料后，檢查軸封密封系統(tǒng)未發(fā)現(xiàn)泄漏等異常。

2、對(duì)兩套機(jī)械密封進(jìn)行解體，原因分析：

對(duì)兩套軸封大的部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)

F135B1 機(jī)械密封如圖1 所示， 動(dòng)環(huán)摩擦面有磨損。 主要原因是動(dòng)環(huán)（石墨）有輕微變形，導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)磨擦面之間壓得過緊，突出部分干磨擦，磨損加快（突出部分磨損加?。瑥亩s短了機(jī)封使用壽命。同時(shí)由于原密封O 環(huán)使用材質(zhì)為丁腈橡膠，雖然這種材質(zhì)耐熱、耐磨、耐腐蝕，但是因?yàn)榫酆细厦鏆庀啻蟛糠质锹纫蚁怏w，丁腈橡膠遇見它會(huì)硬化。

F135B2 機(jī)械密封通過檢查未發(fā)現(xiàn)有明顯損傷及磨損。 動(dòng)靜環(huán)完好， 密封面無肉眼可見痕跡， 其余地方未發(fā)現(xiàn)有崩邊及傷痕；密封圈完好，未發(fā)現(xiàn)有失彈及老化溶脹等現(xiàn)象；彈簧無變形及失彈等現(xiàn)象。同時(shí)檢查其余零件未發(fā)現(xiàn)有磨損及碰撞痕跡。同時(shí)用平面檢查儀器打光譜對(duì)密封面進(jìn)行鏡面檢查， 發(fā)現(xiàn)密封面有變形。因此判斷為該機(jī)封總成失效原因?yàn)槊芊饷孀冃?。該封出廠日期為2007 年2 月3 日，由于該機(jī)封軸徑較大，密封面變形原因應(yīng)為放置時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致。

基于以上分析得出這兩套機(jī)械密封的失效原因?yàn)椋?/p>

2.1 使用時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)封屬于損耗件，動(dòng)靜環(huán)正常磨損。

2.2 存放時(shí)間長(zhǎng)，易導(dǎo)致動(dòng)靜環(huán)發(fā)生變形，密封摩擦面失效。

2.3 密封環(huán)材質(zhì)選擇沒有針對(duì)工況，密封環(huán)易硬化。

四、預(yù)防措施：

在與軸封廠家技術(shù)人員交流時(shí)， 我們提出了以下預(yù)防類似事件的措施：

1.降低存放時(shí)間，使用前2 個(gè)月左右進(jìn)貨，若提前很長(zhǎng)時(shí)間發(fā)貨的情況下， 由軸封廠家派技術(shù)人員對(duì)存放機(jī)封進(jìn)行定期檢查，或?qū)C(jī)封發(fā)回該公司檢查。

2.嚴(yán)格檢查機(jī)封各部件的生產(chǎn)、裝配質(zhì)量。

3.建議將密封O 環(huán)的材質(zhì)由丁腈橡膠改為氟橡膠，減少密封O 環(huán)失效泄漏的可能， 這是由于原來材質(zhì)丁腈橡膠遇氯乙烯易硬化，而氟橡膠因其耐高溫、耐油、耐腐蝕等特點(diǎn)更適用于該工況。

4.當(dāng)機(jī)械密封存放時(shí)間超過一年半的，需更換密封O 環(huán)，并檢查機(jī)械密封各部件。

5.因?yàn)槠渌妮S封也發(fā)生過泄漏問題，其中的一個(gè)共性問題是在軸與軸套間泄漏，分析與軸封設(shè)計(jì)有關(guān)，后通過研究可在軸封內(nèi)部進(jìn)行改造， 將目前機(jī)械密封軸與軸套間采用的一道O環(huán)，改為兩道O 環(huán)密封，即使發(fā)生泄漏，由于增加了一道保護(hù)，可延長(zhǎng)軸封使用壽命。