淺談反應釜機械密封的改造

加工生產保險粉的化工企業，其產品和原料都具有腐蝕性和有毒有害性。保險粉廠主要是使用焦亞納、二氧化硫、環氧乙烷等為原料，通過配置溶液在密閉的反應釜內進行滴加、合成、干燥等程序。生產裝置的主要設備為合成反應釜，是企業的關鍵設備之一，占設備比重較大。

合成反應釜包括電機、攪拌槳、攪拌軸、減縮機及支架、聯軸器、機封座、機封等這些設備組合在一起，進行旋轉攪拌，在高溫高壓生產連續運行的環境下，稍不注意，裝置設備在生產環節中就會發生泄漏。泄漏既損失了物料，又污染了環境，嚴重的則會引起火災、爆炸和中毒等安全事故發生。密封的失效是造成泄漏的原因之一，如：密封設計不合理、制造質量差、以及維修人員不熟悉材料和工作原理、安裝調試不正確等都能造成密封失效。

對于反應釜中采用的機械密封進行技術改造可以取得良好的軸封效果，提高運行效率，減少安全事故的發生。因此，反應釜的機械密封成為保證反應釜正常生產的關鍵技術，其密封要求有別于旋轉類機械，可以說釜用機械密封自成體系。

一、密封的基本知識

1.密封的分類

密封可分為相對靜止接合面間的靜密封和相對運動接合面間的動密封兩大類。靜密封主要有點密封、膠密封和接觸密封三大類。根據工作壓力，靜密封由可分為中低壓靜密封和高壓靜密封。中低壓靜密封常用材質較軟，墊片較寬的墊密封，高壓靜密封則用材料較硬，接觸寬度很窄的金屬墊片。動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型。按密封件與其作用相對運動的零部件是否接觸，可以分為接觸式密封和非接觸式密封。一般說來，接觸式密封的密封性好，但受摩擦磨損限制，適用于密封面線速度較低的場合。非接觸式密封的密封性較差，適用于較高速度的場合。

2.密封的選型

對密封的基本要求是密封性好，安全可靠，壽命長，并應力求結構緊湊，系統簡單，制造維修方便，成本低廉。大多數密封件是易損件，應保證互換性，實現標準化，系列化。

3.密封材料

密封材料應滿足密封功能的要求。由于被密封的介質不同，以及設備的工作條件不同，要求密封材料的具有不同的適應性。對密封材料的要求一般是：

1)材料致密性好，不易泄露介質；

2)有適當的機械強度和硬度；

3)壓縮性和回彈性好，永久變形??；

4)高溫下不軟化，不分解，低溫下不硬化，不脆裂；

5)抗腐蝕性能好，在酸、堿、油等介質中能長期工作，其體積和硬度變化小，且不粘附在金屬表面上；

6)摩擦系數小，耐磨性好；

7)具有與密封面結合的柔軟性；

8)耐老化性好，經久耐用；

9)加工制造方便，價格便宜，取材容易。

橡膠是最常用的密封材料。除橡膠外，適合于做密封材料的還有石墨等，聚四氟乙烯以及各種密封膠等。

4.常見密封方式及機械密封的特點

常見的密封方式有橡膠密封、墊密封、油封、高壓密封、填料密封、成型填料密封、機械密封等。

機械密封與軟填料密封比較，有如下優點：

1）密封可靠在長周期的運行中，密封狀態很穩定，泄漏量很小，按粗略統計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；

2）使用壽命長在油、水類介質中一般可達1-2年或更長時間，在化工介質中通常也能達半年以上；

3）摩擦功率消耗小機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%-50%；

4）軸或軸套基本上不受摩損；

5）維修周期長端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經常性的維修；

6）抗振性好、對旋轉軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；

7）適用范圍廣機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的密封。

但其缺點有：

1）結構較復雜，對制造加工要求高；

2）安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術水平；

3）發生偶然性事故時，處理較困難；

4）一次性投資高。

雖然機械密封有以上不足，但其密封效果已逐步得到用戶的肯定，如今，機械密封在泵上的應用越來越普遍。

本文根據作者所在單位的生產實際及維修經驗，簡單分析機械密封在反應釜上的使用情況。

二、機械密封在生產中的實際應用

1.機械密封的選用

保險粉廠現有在用合成釜、配置釜、沉降釜等共18 臺，軸徑大小從φ65-φ110 不等，均選用204 系列（即單端面、小彈簧、平衡型）機械密封，動環為不銹鋼堆焊硬質合金，靜環為浸漬石墨環，合成釜是保險粉生產的主要設備，反應物料中含有二氧化硫、甲醇等對人體、環境有害成分，因此對反應釜的密封性能要求較高。經過多年的使用，總體感覺密封性能較好、壽命較長。

204系列機械密封詳細參數表

204 系列機械密封主要參數：

結構：小彈簧、單端面、平衡型

壓力：0-0.6Mpa

溫度：-40--200℃

轉速：≤500 轉/分

軸徑：30-110mm

適用介質：酸、堿、油高分子懸浮液

2.安裝調試要點及注意事項

機械密封形式多樣，但總的構造和基本原理是相通的。常用機械密封結構由靜止環（靜環）1、旋轉環（動環）2、彈性元件3、彈簧座4、緊定螺釘5、旋轉環輔助密封圈6 和靜止環輔助密封圈8 等元件組成，防轉銷7 固定在壓蓋9 上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環往往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還。具體如圖1所示：

圖1 機械密封結構示意圖

A 處是靜環座與設備之間的密封，這種靜密封比較容易處理，采用石棉板墊即可；

D 處為動環與軸之間的密封，這是個相對靜止的密封，正常用O 型圈即可達到密封要求；

B 處是靜環與靜環座之間的密封，雖然它是一個靜密封點，但也是一個相對易漏之處。因為我們所用石墨環相對較晚時，稍松則易漏，稍緊則環易碎，再加上有的軸本身徑向跳動較大，運轉時容易碰碎靜環。所以在安裝調試時特別注意，不能一次緊到位，必須均勻上緊，不能傾斜。一般機封配套的四氟墊為1mm厚度，但我們在使用過程中發現彈性較小，改用3mm厚度的四氟墊后效果更佳；

C處是動環與靜環相對運動面之間的密封，這是動密封，它依靠彈簧加荷裝置在相對運動的動環和靜環的接觸面上產生一適合的壓緊力，使這兩個光潔、平直的端面緊密貼合，端面間維持一層極薄的流體膜（這層膜起著平衡壓力和潤滑端面的作用）而達到密封的目的。所謂合適的壓緊力，就是既要保證兩端面緊密貼合，又不能過緊，過緊則易造成石墨環開裂，過輕則磨損量大，影響使用壽命，因此在安裝時應格外耐心細致。

機械密封屬于精密的元件，因此在安裝時除按一般規定進行拆裝外特別要注意以下幾點：

1)安裝時切勿敲擊，仔細檢查各部分尺寸，準確無誤才能安裝；

2）裝配要干凈、光潔，各種零部件、工器具都要保持清潔，動靜環的密封面要用軟布擦拭干凈，不允許有劃痕，潤滑油潔凈（三級過濾）；

3）安裝前最好用百分表檢查軸的軸向竄動量≤±0.5mm，軸靜環下的徑向擺動量＜0.5mm（雙）、＜1mm（單），做到心中有數；

4）安裝靜環時，端面需要用千分表找正，并保證與軸線垂直度允許0.05mm；

5）要仔細檢查彈簧的彈力，舊彈簧變形過大要更換，用卡尺測量彈簧的自由高度差應不大于0.5mm，彈簧壓縮量與要求誤差在±0.2mm 以內；

6）安裝完畢后將螺母松開才可開車，最好應有4 小時以上的空車嚙合運轉時間。

三、改進措施及結果

經過多年的實踐摸索，我們根據目前的機械密封使用和維修狀況提出了如下改進措施：

現用的機械性能比較穩定，但安裝過程較為復雜，特別是準備和善后工作量大，安裝一臺機封大約需1-2 小時，善后則需4-5 小時，清洗、置換、進釜拆裝等等。另外，對于化工企業而言，反應釜內的介質多為有毒有害物質，如果進釜維修則對維修人員來說危險性較大。

改進方法：

圖2 更改軸接頭位置示意圖

在設計時將軸接頭（俗稱卡釜）放在釜上方的軸上，如圖2所示。

結果：

減少了工作強度，又節省了維修時間。此舉更是減少了人與有毒有害物質接觸，意義重大。

有些釜軸擺動較大，特別是干品釜，由于原料質量不穩定，有時有大塊結團現象，造成倒料、攪拌時軸受力大幅擺動，嚴重時有可能碰碎靜環。

改進方法：

1）在部分軸下端加裝四氟套及支架，從而降低軸的擺動，減少靜環破碎率；

2）將石墨靜環改為硬質合金靜環，石墨靜環容易破碎，因釜內壓力高達0.5MPa，機封調節壓力過大摩擦系數增加，降低了抗強系數，調節壓力過小達不到密封效果。由于硬質合金具有高硬度、高溫下不斷裂、受熱膨脹系數低、機械強度高、彎曲力強、耐磨性能好等優點，因此更適合應用于反應釜機械密封。其適用范圍為：

壓力：0～0.8 MPa

溫度：0～180℃

轉速：≤500r/min

結果：石墨靜環通常半個月至一個月更換一次，價格約為850 元/套，改進后正常在10～12 個月更換一次，價格為1200 元/套。每年單臺釜節省約12×850—1200=9000 元，整個保險粉廠約60 釜，則每年節省費用為9000×6=54 萬元。

不足之處：

釜擺動減小，但四氟套容易磨損，保持時間不夠長。因此這個方面仍需進一步改進。

靜環下面使用四氟墊導致機封難以調節。

改進方法：將四氟墊改為耐油高溫橡膠墊。

結果：機封調節容易，密封性也得到加強。

舊機封的回收使用：許多舊機械密封經研磨處理后仍可二次使用，因此對于換下的機封應根據磨損狀況進行判斷是否可以回收，此舉對于節約成本具有重大意義。