攪拌器機械密封損壞的原因及對策

劉彥偉

（河南省煤業(yè)化工集團中原大化公司)

攪拌器機械密封損壞的原因及對策

劉彥偉*

（河南省煤業(yè)化工集團中原大化公司)

對造成三聚氰胺料漿槽攪拌器機械密封損壞的原因進行了詳細的分析，并進行了有關(guān)的技術(shù)改造，從而保證了攪拌器的穩(wěn)定運行。

攪拌器機械密封泄漏原因分析技術(shù)改造

0 概述

中原大化公司的三聚氰胺裝置在工藝上采用美國聯(lián)合信號公司的高壓尿素法生產(chǎn)工藝。三聚氰胺料漿槽攪拌器的作用是將生成的三聚氰胺料漿攪拌成均勻的懸浮液。而后，該懸浮液被送往三聚氰胺離心機處理，生成成品三聚氰胺。在這一生產(chǎn)過程中，攪拌器一旦發(fā)生故障，將會導(dǎo)致三聚氰胺料漿混合不均勻，從而致使三聚氰胺離心機的扭矩與電流升高，迫使三聚氰胺離心機停車，進而導(dǎo)致整個三聚氰胺裝置低負荷運行。自三聚氰胺裝置投產(chǎn)以來，大部分設(shè)備運行良好，但三聚氰胺料漿槽攪拌器卻振動較大，導(dǎo)致攪拌軸的擺動也日趨增大，機封處攪拌軸的最大擺動量竟達到了3 mm，從而造成攪拌器的機械密封頻繁損壞并泄漏。這一方面會污染環(huán)境，導(dǎo)致裝置的排放環(huán)保指標超標，另一方面需對攪拌器機械密封頻繁地檢修，造成裝置減負荷運行。因此，攪拌器機械密封損壞嚴重影響著整個三聚氰胺裝置的穩(wěn)定運行。為此，本文對導(dǎo)致攪拌器機械密封泄漏的原因進行了分析，并通過一定的技術(shù)改造徹底解決了這一制約三聚氰胺裝置穩(wěn)定運行的難題。

1 攪拌器設(shè)備簡介及故障情況

三聚氰胺料漿槽攪拌器的參數(shù)如表1所示。

表1 攪拌器參數(shù)

攪拌器結(jié)構(gòu)如圖1所示。攪拌器機械密封組件如圖2所示。

圖1 改造前攪拌器結(jié)構(gòu)

圖2 機械密封組件

對攪拌器機械密封進行解體檢查時發(fā)現(xiàn)，靜環(huán)密封面上有幾處較大的缺口，動靜環(huán)密封表面均有深淺不一的溝槽。從機封結(jié)構(gòu)上來看，其靜環(huán)座（見圖2中10）與密封腔之間沒有止口定位結(jié)構(gòu)（見圖2），安裝時靜環(huán)座和軸套的同心度主要靠人工手動進行調(diào)整。對攪拌器進行對中復(fù)查并對電機進行單試，發(fā)現(xiàn)電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并無明顯的振動。進而對配裝設(shè)備三聚氰胺料漿槽的共振進行分析，認為直徑為4 760 mm的料漿槽可能由于壁薄而剛性不足（壁厚僅為6 mm），從而引起共振。為此，在料漿槽內(nèi)部增加了3條環(huán)形加強板來增加其剛性。經(jīng)過這樣的改造后雖然大大降低了攪拌器的振動，但仍然沒有從根本上解決攪拌軸運行時擺動及機械密封損壞泄漏的問題。為此，對機械密封組件進行了如下改進:（1）改變靜環(huán)的材質(zhì);（2）在靜環(huán)座上增加了定位止口，以從結(jié)構(gòu)上保證安裝質(zhì)量；（3）增大了靜環(huán)的內(nèi)徑，以緩解攪拌軸擺動的影響。但是，這些措施仍然沒能徹底改善攪拌器的運行情況，攪拌器機封的損壞仍然非常頻繁。每次機封解體進行檢修時都會看到動靜環(huán)的磨損程度非常嚴重，動環(huán)承磨臺被磨平，靜環(huán)碎裂成幾塊，機封處軸套因受靜環(huán)碎塊的摩擦而被磨穿，機封處軸擺動量目測值為3～5 mm。通過對減速箱的解體檢查還發(fā)現(xiàn)，減速箱處軸套向著葉輪側(cè)內(nèi)孔端口處存在寬約8 mm、深約0.5 mm的磨損痕跡。

2 機械密封損壞的原因分析

2.1 攪拌器振動及攪拌軸擺動

由于攪拌器配裝的設(shè)備三聚氰胺料漿槽的設(shè)計壁厚較薄，設(shè)備的整體剛度不夠，致使攪拌器在運行的過程中振動較大，減速箱處軸套與攪拌軸之間出現(xiàn)磨損，軸套與軸之間配合間隙較大，進而導(dǎo)致攪拌軸出現(xiàn)一定程度的擺動。此外，減速箱兩支撐軸承距離太近，該處軸套太短，而且攪拌軸懸臂太長，攪拌軸撓度較大。后來雖然對設(shè)備進行了加強，但是攪拌軸與變速箱處軸套的間隙已經(jīng)變大，攪拌軸運行時其擺動已經(jīng)不可避免。隨著攪拌器的繼續(xù)運行，攪拌軸與軸套之間的磨損進一步增大，導(dǎo)致攪拌軸擺動量逐漸增大。攪拌軸過大的擺動進一步導(dǎo)致整臺攪拌器的振動也越來越大，反過來，攪拌器的劇烈振動又加劇了減速箱軸套與攪拌軸的磨損并進一步促使擺動量增大。如此形成了惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致機械密封頻繁損壞泄漏。

2.2 靜環(huán)座安裝精度過低

由于靜環(huán)座與密封腔之間沒有定位結(jié)構(gòu)，安裝時靜環(huán)與軸套（見圖2中1）的同心度完全依靠檢修人員自己的把握，因此其安裝質(zhì)量受人為因素的影響太大。同時，靜環(huán)與軸套之間的間隙非常小，單邊間隙僅為0.50 mm，因此，靜環(huán)座的安裝誤差加上攪拌器軸過大的擺動量，靜環(huán)很容易與軸套摩擦并被擠壓碎裂，從而導(dǎo)致機械密封失效泄漏。

2.3 機械密封摩擦副所用材料不合理

原來的機械密封所用的摩擦副材料為碳石墨-碳化硅，屬于軟-硬材料配合。由于工作介質(zhì)三聚氰胺料漿中含有顆粒狀的三聚氰胺結(jié)晶體，易對軟環(huán)即動環(huán)造成磨損，從而使機械密封失效造成泄漏。

3 技術(shù)改造

3.1 改造配裝設(shè)備

針對三聚氰胺料漿槽剛度不夠的問題，在其內(nèi)部增加環(huán)形加強筋板。一是在設(shè)備內(nèi)壁沿圓周焊接3層扁鋼圈加強板，板厚16 mm，板寬126 mm，最下面一層距設(shè)備底部2 000 mm，3層加強板間距均為1 500 mm。對整個設(shè)備進行加強，可以防止運行時產(chǎn)生共振。二是在攪拌器法蘭接管內(nèi)端口周圍的設(shè)備內(nèi)壁上焊接一圓環(huán)形加強板（加強板上鉆直徑為12 mm的孔若干個，使加強板塞焊于設(shè)備內(nèi)壁上），并在該加強板周圍焊接若干豎筋，以增加攪拌器連接接管的剛度。

3.2 改變靜環(huán)的尺寸

原靜環(huán)設(shè)計內(nèi)徑為67 mm，配合的軸套外徑為66 mm，兩者之間的間隙單邊為0.5 mm。針對攪拌器運行過程中攪拌軸擺動量過大、易擠壓靜環(huán)造成其碎裂的問題，將靜環(huán)內(nèi)徑增大至68 mm，使兩者之間的間隙單邊增大至1.0 mm，以使靜環(huán)緩解攪拌軸擺動的能力得到加強，避免攪拌軸非正常擺動時對靜環(huán)的擠壓。

3.3 改變動、靜環(huán)的材料

原靜環(huán)設(shè)計材料為碳化硅，其抗沖擊韌性很差，脆性大，在攪拌軸的擠壓下很容易碎裂。為此，將靜環(huán)材料改為含鈷量較大的碳化鎢硬質(zhì)合金，從而在一定程度上提高靜環(huán)的抗沖擊韌性。原動環(huán)設(shè)計材料為碳-石墨。由于介質(zhì)中含有三聚氰胺顆粒，動環(huán)磨損嚴重，因此，將動環(huán)材料也改為碳化鎢硬質(zhì)合金，機械密封由軟硬配合改為硬硬配合。

3.4 靜環(huán)座止口定位

原靜環(huán)座與軸套的同心度是依靠定位卡環(huán)（見圖2中9）來調(diào)節(jié)的。定位卡環(huán)起著兩個作用：一是安裝時預(yù)設(shè)波紋管的壓縮量；二是安裝時通過它與鎖緊環(huán)及靜環(huán)座的相對位置來判斷靜環(huán)座與軸是否同心。當機械密封組件安裝完畢后，需將定位卡環(huán)取出。由于軸套與軸之間、鎖緊環(huán)與軸套之間均有間隙，單憑定位卡環(huán)和軸套與軸、鎖緊環(huán)與軸套之間的相對位置來判斷同心度其精度是不夠的，再加上維修人員的目測誤差，總誤差至少在0.20～0.40 mm之間，安裝精度難以保證。為此，對靜環(huán)座的結(jié)構(gòu)進行了改造，增加了凸臺止口定位結(jié)構(gòu)，密封腔殼體內(nèi)壁與靜環(huán)座止口間隙單邊為0.05 mm，靜環(huán)座密封墊改用“O”形環(huán)，直徑3 mm。改造后的靜環(huán)座結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改造后的靜環(huán)座結(jié)構(gòu)

3.5 加長軸套，降低撓度

針對變速箱兩支撐軸承距離太近、軸套太短、攪拌軸懸臂太長，導(dǎo)致攪拌軸撓度太大的問題，對原變速箱軸套進行了改造。對原軸套端部內(nèi)徑進行加工，尺寸由原來的直徑為55 mm增大為77 mm，并根據(jù)現(xiàn)場實際安裝空間，測量確定新軸套的長度和其他尺寸，加工了一新軸套，所用材料為45鋼，并將其與原軸套配合安裝在一起，使其成為一個整體，從而降低攪拌軸的撓度（具體尺寸及連接方法見圖4）。兩軸套配合處采用過盈配合，過盈量為0.05 mm，熱套安裝，并在新軸套與舊軸套端面連接處沿圓周點焊4點以加大連接強度。新軸套端部沿圓周加工3個螺紋孔（均布），安裝時用3顆M14的頂絲把軸與新軸套鎖緊。鎖緊軸套時要打表測量，保證軸套與軸的同心度。軸套鎖緊后，3顆頂絲分別用螺母背緊，防止運行中頂絲脫落。在圖1中可以看到，止推板和其中心螺釘是用來限制攪拌軸向著葉輪方向軸向竄動的，而止推環(huán)是用來限制攪拌軸沿背離葉輪方向軸向竄動的。由于新軸套的安裝導(dǎo)致原來限制攪拌軸竄動的止推環(huán)無法安裝，因此對止推板進行了改造，將其外徑由原來的80 mm增加到96 mm，重新加工了新的止推板，原中心孔不動，在76 mm圓周上新增加了均勻分布的4個孔，孔徑為9 mm，原中心位置螺釘仍然不變，另外用4個M8的螺釘將該止推板通過沿圓周新加工的4個孔固定在原軸套上，從而限制了攪拌軸的反向竄動。

4 改造效果評價

三聚氰胺料漿槽攪拌器經(jīng)過以上技術(shù)改造后，自2008年至今，該攪拌器運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，徹底消除了攪拌器的振動和攪拌軸的過大擺動，機械密封也再未出現(xiàn)過非正常的損壞及泄漏，平均使用壽命也由改造前的3個月左右延長到1年左右，而且在此期間，機械密封無任何泄漏現(xiàn)象發(fā)生。因此，對三聚氰胺料漿槽攪拌器的技術(shù)改造取得了圓滿的成功。

圖4 軸套改造示意圖

5 結(jié)束語

對三聚氰胺料漿槽攪拌器機封泄漏的原因進行了分析，并且有針對性地采取了措施，徹底解決了攪拌器機械密封使用壽命短且經(jīng)常出現(xiàn)泄漏的問題，消除了制約三聚氰胺裝置滿負荷運行的難題，有力地保障了裝置的穩(wěn)定運行。這些措施和經(jīng)驗對實際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

Damage Causes and Countermeasures of Agitator Mechanical Seal

Liu Yanwei

Damage causes of agitator mechanical seal in melamine slurry tank are analyzed in detail,and relevant technical reformation is presented to ensure stable operation of the agitator.

Agitator;Mechanical seal;Leakage；Cause analysis;Technical reformation

TQ 051.7

*劉彥偉，男，1983年生，助理工程師。濮陽市，457004。

2011-07-04）