其不仅可以在间歇性工作场合中使用,也可以在连续性生产中使用. ...
胡桂柏
[摘 要]本文介绍了12m3聚合釜机械密封设计基本概括、使用情况、使用至今常见故障及处理方法。
[关键词]聚丙烯 聚合釜 机械密封 设计 使用
中图分类号：G637 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）05-0387-01
我公司现有两套间歇式液相本体聚丙烯装置两套，其中一套5000吨/年聚丙烯装置，于1990年建成投产，装置生产技术已经落后，有两台12m3釜。使用带轴套的上、下两级填料密封结构。该填料密封寿命较短，最长周期4个月，严重时几天更换一次。失效原因：聚合釜支架轴承距悬臂轴轴端约4.9m，搅拌系统交变受力，导致轴径向摆动加剧，填料内圈变形、严重磨损。
另一套7万吨/年聚丙烯装置于2005年10月建成，同年12月试车成功，投入生产，装置在同行业中生产技术先进，配套设施齐全，目前已成为企业新的效益增长点。
我公司7万吨/年聚丙烯装置的关键设备12台12.3m3聚合釜，该釜最高工作压力3.8MPa，最高/低工作温度<100℃，密封轴径φ150，转速60r/min.采用机械密封，目前大部分均运行良好（最长已经运行23个月，目前还在使用），与5000吨/年聚丙烯装置的釜用填料密封相比，减轻了大量的日常维护、维修工作量，满足了7万吨/年聚丙烯装置长周期平稳运行的要求。
1 机械密封结构及工作原理[1]
1.1 基本结构形式
该机械密封采用两端面、两腔体、平衡型内装式结构形式，下腔体有一套封油系统。机械密封上腔体加装了一套调心轴承，用于减小搅拌轴的径向摆动。机封腔体采用水冷夹套结构。
1.2 工作原理
机械密封是一种结构紧凑的动密封结构。通过轴的转动，带动定位在轴套上的弹簧座的运转，弹簧座又经传动销带动动环运转。动环依靠弹簧力及介质压力紧贴在静环表面上，构成摩擦副，起到密封作用。而静环通过防转销安放在静环座上。轴套与轴、动环与轴套、静环与静环座均通过“O”型圈密封。
2 机械密封设计基本原理
12m3聚合釜是国内间歇式液相聚合工艺中的一种通用设备，考虑到聚合工艺的变化（压力0～3.8MPA，温度20～80℃），釜顶空间为C3=气体，轴径φ150，悬臂轴径向摆动大，密封件尺寸大而重，检修安装比较复杂，技术难度大，以及一次性投资费用较大等原因，各厂家对机械密封的使用热情不高，限制了这方面技术的发展。
根据聚合釜操作工艺的特点，设计机械密封时着重考虑了几方面的问题：（1）密封腔体及密封元件应有足够的强度和刚度；（2）封油不能影响聚合反应，内漏的封油应及时排出釜外；（我公司聚丙烯装置机械密封封油为5#白油）（3）机械密封应有良好的密封性和较长的使用周期，因此设计时端面比压的合理及摩擦副材料选用的合适与否，直接关系到机械密封的寿命。
2.1 结构部件确定
2.1.1 轴套
考虑到密封面尺寸尽量小的原则，在满足轴套加工强度要求的情况下，轴套外径应尽可能小，取轴套外径φ180；密封结构的需要，轴套做成上、下两段。
2.1.2 摩擦副
静环采用锡磷青铜制造，青铜牌号很多，可用做密封环的青铜有：ZQSn6-6-3和ZQSn10-1，其弹性磨量大，具有良好的导热性、耐磨性，加工性以及对硬质材料的相容性。但质软、耐腐蚀性较差。静环背面设置定位销与静环座配合。根据装配经验，静环内径与軸套外径间隙保持0.5～1.5mm.
动环为1Cr18Ni9T，镶嵌硬质合金环。为保证动环的浮动性，动环同弹簧座留有0.5～1.0mm的径向间隙。同轴套径向间隙保持0.5～1.0mm.
此密封采用双端面密封形式[2]
根据密封端面的数量和布置方式可分为单端面、双端面及多端面机械密封。两组密封端面“背靠背”或“面对面”布置的密封叫双端面机械密封。对于工作介质有毒、易爆、易燃、易挥发、易结晶、高温、低温或工作介质是气体，可用双端面密封。此时双断面之间的密封腔引入封液进行堵封、润滑和冷却。一般情况下封液选用洁净和润滑性好的介质，我装置的釜用机械密封选用清江石化产的5#白油。
2.1.3 密封圈
动环、静环“O”型圈均采用耐油、耐温及抗压缩变形性能较强的氟橡胶，对其他一些静密封点（如轴与轴套、密封腔体与静环座间），均采用”O”型圈密封。
3 机械密封安装及使用状况
3.1 安装、维护注意事项
聚合釜机械密封应注意把握组装试压、现场就位、初期预磨、日常维护这几关，这些步骤对机械密封的使用寿命均起到至关重要的影响。
组装试压阶段亦即台架安装阶段，要求做到动环、静环端面对磨，动环于弹簧座的选配试装，腔体模拟使用环境（C3=用N2代替）下保压状态；尤其对动环“O”型圈的松紧、圆整度、表面光洁度做重点检验，否则在腔体保不住压的情况下，泄漏原因较难确定。
3.2 使用情况及常见故障处理
操作人员要不定时观察增压罐的液位指示，若缺油，及时添加。定期检测机封的温度，一般在75℃以下。定期检查各阀门及管路密封处是否泄漏，机械密封泄漏检测口滴油是否正常，正常情况下是一分钟六滴以下为好。
3.2.1 故障现象①
机封的轴承发出明显异常的响声，此种情况会造成机封严重损坏。需打开机封轴承箱进行检查，如果轴承损坏，要进行检修更换轴承。如果没有损坏需加注一点润滑脂。润滑脂的加注量不要过大，以免影响轴承的散热效果。
3.2.2 故障现象②
机械密封顶端有丙烯气泄漏，一般情况下会在1MPA以上泄漏，产生原因是机封上端传动环上的紧定螺栓松动，导致轴套与轴打滑，使轴套方型密封圈严重磨损产生泄漏，需更换新的方型密封圈。注：如果泄漏不是很大，可试试在方型圈上平整的加入6～8圈四氟生料带，再压紧，如不行再更换方型密封圈。
3.3 自2005年12月开工至2007年11月，各聚合釜机械密封使用情况统计表（表1）。
4 结束语
与以前的釜用填料密封相比，机械密封有日常维护量小、使用时间长、维护费用低等特点，比较适合液相本体聚丙烯装置聚合釜上，能够确保聚合釜的长周期运行。
参考文献
[1] 王汝美，实用机械密封技术问答，中国石化出版社，1995，1-3.
[2] 王汝美，实用机械密封技术问答，中国石化出版社，1995，8.endprint
