晶化釜机械密封失效成因及改善策略

高压晶化釜是分子筛合成工艺使用的关键设备，其工作状态对后续产品质量影响至关重要。若在生产过程中出现泄漏，不仅会造成浪费、导致产品收率降低，而且釜内泄漏的有毒、易燃、易爆气体会对装置及周边环境产生极大危害。釜用机械密封结构复杂，检修费用高，中断生产时间长，对生产影响大。要提高产品质量，降低生产成本，确保安全生产，改善工作环境，必须稳定反应釜工作状况，延长釜用机械密封的使用寿命。湖南建长石化股份有限公司特种催化材料厂专业生产特种分子筛，生产过程中使用的晶化釜，容积1Om，密封形式均为机械密封。在生产过程中，经常发生泄漏，严重影响了装置的稳定运行，且造成环境污染。晶化釜的主要技术参数见表1。晶化釜机械密封采用双端面平衡型釜用机械密封，其小弹簧不共用，密封面直接冷却，机封双夹套间接冷却，结构图如图l。

l常见机械密封故障现象及失效原因

1．1常见故障现象

据历史数据统计，我公司的釜用机封平均使用寿命不到3个月，最短的只有两周，检修十分频繁、检修质量不稳定，且在机械密封检修过程中，一次试压合格率不高，往往需几次装配才能成功。机械密封的故障给装置的正常生产带来很大影响。经对失效的机封进行解体观察，可发现以下几种损坏情况。

(1)静环密封端面磨损严重，厚度减少2~3mm。

(2)所有O型橡胶圈产生永久变形、磨损、热腐蚀，失去作用。

(3)轴肩与机封结合处聚四氟乙烯O型圈磨损变形。

1．2失效原因分析

从机械密封的使用工况看，反应釜工作时需升温至160～180℃，恒温24h''''-~120h不等。釜内压力1．OMPa~1．5MPa，由于频繁升温、降温，使得釜内压力与机械密封腔内的压力经常处于变化状态。升温时，随着釜内压力的持续上升，釜内的气相物质向机械密封腔内渗漏；降温时，机械密封腔内的封液又向釜内渗漏，使得机械密封的下端面很快失效。工作时又必须关闭密封冷却水，造成动静环工作时处于干摩擦状态，直接影响机械密封的使用寿命。在实际工作中，由于反应釜内工况恶劣，造成密封失效的原因较多。从多年的实践经验分析，晶化釜密封失效的主要原因是：

(1)静环端面磨损严重。动静环接触的端面比压过大，导致快速磨损，加之反应物为小型颗粒，强度大，易进入密封腔体，加速了端面磨损。

(2)0型圈老化失效。由于原设计使用的0形圈材质不适用特种分子筛晶化的高温、高压、腐蚀性强的工艺条件。

(3)轴肩与机封接触处聚四氟乙烯O形圈变形损坏。由于机封与轴肩固定不牢，产生了相对滑动。

(4)摩擦副之间发生干摩擦。原冲洗润滑系统由于经常泄漏，导致物料进入系统或系统介质进入釜内。每当内漏发生时，关闭冲洗润滑系统，摩擦副间便处于干摩擦状态，必然产生摩擦热。此外，釜内温度较高，产生热量积聚，使密封腔内温度升高。这些热量可导致端面问液膜粘度降低并发生汽化。拆开摩擦副可见磨损后留下的亮斑。O形橡胶圈超过许用温度继续使用，加速了其老化、龟裂及溶胀的程度。

2改进措施

2．1调整机封端面比压：一般单端面密封的压缩量为4"~6mm，双端面密封的压缩量为单端面密封的2倍即8～l2mm。压缩量过大，不但会增加密封端面的PV值，而且会导致弹簧应力上升，从而加速弹簧的疲劳破坏。通过检修安装测量，发现原设计压缩量在12ram以上。在小弹簧长度已不能改变的情况下，将动环厚度减少2-~,3mm。

2．2将O形圈从原设计丁晴橡胶改为硅橡胶或氟橡胶。改进后发现耐温性好但受热后弹性变形大，复位效果差，易快速老化，效果不理想。通过试验，改用既有一定硬度又有补偿性的氟塑料包覆圈(硅橡胶O性圈外套加一薄的聚四氟乙烯保护套)，提高其耐高温和抗老化性能，密封圈使用寿命明显提高，使用效果良好。三种材料的压缩特性对比曲线见图2。

2．3每次检修时，将机封与轴肩结合处改用双螺母锁紧到位，避免搅拌轴轴向窜动，从而避免机封与轴肩结合处产生泄漏。

2．4对机械密封引入平衡罐辅助密封系统。如图3所示，将平衡罐出口管线接入机械密封腔。工作时，反应釜内气相压力逐渐升高，釜内气相介质逐渐向机械密封腔渗透，使机械密封腔内的压力也随之升高。机械密封腔的出口、平衡罐的化学水入口以及工业风入口均采用针形阀密封，良好的密封使反应釜与机械密封腔内的压差保持稳定，并达到平衡，从而有效地防止了由于反应釜内的气相介质不断向机械密封腔渗透而破坏双端面机械密封的下端面，造成其过早失效。系统图示如图3。此外，釜用机封的检修安装与维护应严格要求，保证检修质量。安装前应检查配件质量，安装中每一步骤必须符合规范。釜用机封使用一段时间以后，内部产生一些锈蚀和积垢，钳工拆卸时，可能会进行敲打，导致推环、推环座和平衡套发生变形。因此，检修时，应采用锉削、刮削、去毛刺等手段，使动环、动环座在平衡套上自由地滑移而不致损坏平衡套，达到其配合精度要求。

3结语

2009年按上述措施进行改造后，釜用机械密封的平均使用寿命由原来的3个月延长至10个月以上，其中1Om分子筛反应釜机械密封现已稳定运行20个月，大大延长了机械密封的使用寿命，降低了检修和维修的费用，保证了生产正常进行。通过对晶化釜机械密封动环的改进处理，结合选用合适的辅助O形圈材质，增加平衡罐系统，可以提高机械密封的使用寿命，降低设备维护和维修费用，保证装置的连续长周期生产，为企业创造更多的经济效益。