王潔　王寶貴

導　語：介紹某型反應釜用帶軸套整裝式雙端面機械密封的結構及工作原理，結合實際工況，分析了其失效原因(如O形圈材質選用不合理，攪拌同軸度偏大，密封面變形)，提出了改進措施及使用中的注意事項。

1　機械密封的結構與工作原理

帶軸套整裝式雙端面機械密封是一種無須調整動環(huán)彈簧壓縮量、裝配簡便的機械密封形式。該機械密封適用于強腐蝕、高溫，帶懸浮顆粒及纖維介質，氣體介質，易燃易爆、易揮發(fā)、低粘度介質，保障高真空度工況的密封。該機械密封結構見圖1。

圖1 帶軸套整裝式雙端面機械密封結構

當攪拌軸運轉時，其帶動機械密封軸套以及固定在機械密封軸套上的動環(huán)組件同步轉動，靠動環(huán)組件和上、下靜環(huán)面之間的貼合達到密封效果。密封面一側是密封腔室，另一側是反應釜內環(huán)境。在正常工作狀態(tài)下，通過外部提供密封液至平衡罐，保持密封液液位在平衡罐液位計的中線，并確保平衡罐內密封液壓力(即密封液腔內壓力)高于釜內壓力0.05~0.10MPa。若密封液壓力過高，則動、靜環(huán)摩擦面易加速磨損;若密封液壓力過低，則反應釜內物料易泄漏。

2　故障分析

2.1 故障狀況

某反應釜均采用帶軸套整裝式雙端面機械密封，該機械密封軸徑為210mm，工作轉速為100r/min，工作壓力為-0.5~1.0MPa，工作溫度為0~80℃，主要起密封作用的是機械密封組件，見圖2。

圖2 機械密封組件

動環(huán)密封面材質為SiC，靜環(huán)密封面材質為井口KC-673石墨，與物料接觸的下動環(huán)O形圈、上靜環(huán)O形圈、軸套O形圈材質為聚四氟乙烯報復硅橡膠，其余O形圈材質均為丁腈橡膠。該機械密封的密封液采用軟水，釜內介質主要是聚乙烯等有機物料。隨著釜內反應的進行，釜內壓力持續(xù)升高，從-0.5MPaZ高達到1.0MPa。在理想狀態(tài)下，機械密封平衡罐壓力失重高于釜內壓力0.05~0.10MPa;但實際生產中，由于該機械密封Z高使用壓力為2.6MPa，為了操作簡便，規(guī)定其密封液壓力從投料至反應結束保持恒定1.1MPa。

自2006年投入使用后，該機械密封的泄漏問題就較為嚴重，可以從機械密封泄漏液口處看到，泄漏較大時每隔2min便有1滴(約6ml)水漏出，平衡罐水位下降量為10~20mm/h，大大超過了機械密封允許泄漏量[≤5ml/h(單側)]的要求。其內外漏同時存在，須不斷地補充密封液(正常情況下無須補充密封液)。在反應前期，釜內壓力較低時泄漏量較大;后期反應釜內壓力較高時，泄漏量較小。

機械密封泄漏故障的發(fā)生，不僅加大了操作強度，同時由于釜內物料是有毒有害、易燃易爆的氣液混合物質氯乙烯等，也影響了裝置的安全穩(wěn)定運行。

2.2 故障分析

從機械密封材質選擇、現場工藝操作狀況等多方面考慮，判斷機械密封發(fā)生泄漏的原因主要有以下幾個方面。

2.2.1 機械密封O形圈材質選用不合理

該機械密封上靜環(huán)、下動環(huán)與軸套上的O形圈材質采用了聚四氟乙烯包覆硅橡膠。聚四氟乙烯耐腐蝕性能較好，但包覆聚四氟乙烯在受壓后，回彈堵塞能力較差，容易永久變形，使O形圈在動靜環(huán)座、軸套等密封溝槽裝配上產生間隙，從而使密封失效。因此在實際使用中，在釜內壓力偏低的情況下，機械密封泄漏量較大，而當釜內壓力不斷升高時，機械密封泄漏量逐漸減小，便很可能是這個原因。

該機械密封O形圈大部分采用了丁腈橡膠(如動環(huán)組件O形圈)，丁腈橡膠的缺點是不耐臭氧、芳香族、鹵代烴、酮及脂類溶劑，反應釜內的鹵代烴物質氯乙烯會使丁腈橡膠產生溶脹，導致O形圈失效。

2.2.2 攪拌同軸度偏大

根據該型號機械密封的技術要求，機械密封安裝后，釜軸的徑向跳動量應≤0.1mm，而密封箱體下部軸跳動量實際測量值為0.15mm，攪拌軸同軸度偏差較大。

造成攪拌軸同軸度偏差大的原因很多，包括攪拌裝置的安裝對中調整不良、各部件加工精度不高而造成的累積誤差、反應釜釜體水平調整不良、攪拌軸產生應力變形等。

同軸度偏差越大，攪拌軸在每次軸向位移和徑向擺動的轉動中，密封面產生的分離和泄漏量就越大，密封面的磨痕也越寬。

2.2.3 密封面變形

更換了泄漏機械密封的動、靜環(huán)組件后，泄漏問題依然存在。再次拆卸后發(fā)現，密封面上有光點而沒有磨痕，故判斷該密封面發(fā)生了變形。

該機械密封工作轉速低，且一直伴有循環(huán)水