攪拌器軸向竄量對于機械密封的影響

王海峰

（大慶石化公司化工二廠，黑龍江大慶 163714）

0 設(shè)備簡介

丁辛醇3401C反應(yīng)釜攪拌器為美國萊寧攪拌器廠家制造，2012年10月投用，設(shè)備型號782S335，操作壓力1.8 MPa，操作溫度（85～120）℃，工作介質(zhì)丙烯、合成氣、醛。3401C攪拌器工藝流程為合成氣、丙烯匯合后在反應(yīng)釜底部攪拌器槳葉的下面通過分配器進(jìn)入羰基合成反應(yīng)釜，催化劑溶液在攪拌器的上部兩組槳葉中間加入反應(yīng)釜。攪拌器底部徑向槳葉使從環(huán)狀氣體分布器進(jìn)入的氣泡充分與催化劑溶液接觸。上部的軸向攪拌槳葉使催化劑溶液產(chǎn)生軸向流動并和反應(yīng)溶液完全混合。

1 故障情況

自2012年10月設(shè)備投用以來，3401C攪拌器配套選用的美國福斯集裝式雙端面機械密封，多次出現(xiàn)機封泄漏問題。2016年6月，化工二廠與大連華陽密封股份有限公司合作，對攪拌器的機械密封和密封油系統(tǒng)進(jìn)行了國產(chǎn)化改造。改造后的H274背靠背雙端面釜用機械密封，密封端面為鑲裝式、完全平衡型，靜止式，多彈簧結(jié)構(gòu)。同時，密封油系統(tǒng)由原來的PLAN53A方案改造為PLAN54方案。

2016年7月，3401C攪拌器運行僅一周，操作人員檢查發(fā)現(xiàn)攪拌軸與機械密封定位卡塊的相對軸向位置發(fā)生改變，在原標(biāo)記向上竄動了2 mm，雙端面機械密封的大氣側(cè)機封溫度達(dá)到60℃，機封檢漏口處滲油并帶有黑色粉末，機封平均每天漏油10 mL。

2 原因分析

2.1 攪拌器結(jié)構(gòu)

攪拌器主要部件有電機、減速箱、攪拌軸、槳葉和機械密封。減速箱為3級齒輪減速，釜內(nèi)攪拌軸用法蘭連接，槳葉分3組下部為徑向槳葉，上部2組為軸流槳葉，機械密封采用大連華陽帶軸套雙端面集裝式釜用密封。槳葉轉(zhuǎn)速108 r/min、順時針旋轉(zhuǎn)、槳葉材料304L、徑向槳葉一組6片、軸向槳葉一組3片。反應(yīng)釜內(nèi)正常物料為丙烯、合成氣、醛以及催化劑三苯基膦絡(luò)合物，具有腐蝕性，反應(yīng)釜體、攪拌軸均采用304L材料。

2.2 攪拌軸軸向力分析

攪拌軸上的軸向力由攪拌軸自身重力和流體作用力的軸向分量共同形成的。此臺攪拌器底部設(shè)有滑動軸承，安裝于3腳支撐的軸承座內(nèi)，如圖1所示。

圖1 攪拌軸底部滑動軸承

該滑動軸承只承受攪拌軸的徑向載荷，限制攪拌軸的徑向擺動，不承受軸向力。反應(yīng)釜密封法蘭上安裝的大連華陽集裝式機械密封，內(nèi)部設(shè)置了型號為23938CAE4的雙列調(diào)心滾子軸承，根據(jù)廠家的設(shè)計要求，該軸承只承受徑向力、不承受軸向力。因此，攪拌軸的軸向力完全由減速箱內(nèi)輸出軸上部和下部安裝的2個圓錐滾子軸承來承受，如圖2所示。

圖2 輸出軸和上下部軸承

2個軸承為96900-96140圓錐滾子軸承，軸承為面對面安裝。面對面配對的軸承可承受作用于2個方向上的軸向載荷，但每個方向上的載荷只能由一個軸承承受。

2.3 軸向竄量對于機封的影響

圖3 大連華陽機械密封結(jié)構(gòu)

圖4 圓錐滾子磨損

機械密封的密封面要有一定的比壓才能起到密封作用，這就要求機械密封的彈簧要有一定的壓縮量，給密封端面一個推力，旋轉(zhuǎn)起來使密封面產(chǎn)生密封所要求的比壓。為了保證這一個比壓，機械密封要求軸不能有太大的竄量，一般要保證在0.5 mm以內(nèi)。從攪拌器實際運行情況看，攪拌軸向上竄動2 mm多，軸向竄量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出0.5 mm的機封安裝要求。由于攪拌軸向上竄動，機封軸向竄量增加，使得圖3中大氣側(cè)機械密封的密封面壓緊力增加，密封面磨損加劇，從而導(dǎo)致機封檢漏口處出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，直至密封面完全損壞；同時，介質(zhì)側(cè)的機械密封由于密封面的壓緊力減小，達(dá)不到密封要求，最終將導(dǎo)致攪拌器兩側(cè)的機械密封全部失效。

圖5 外圈滑道表面剝落

3 解決方案

2017年2月18日，利用裝置停工時機對3401C攪拌器減速箱進(jìn)行了解體檢修。減速箱從平臺吊下后，檢修人員測量減速箱輸出軸的徑向擺動達(dá)到5.2 mm，軸向竄量達(dá)到3.52 mm，大大超出0.5 mm的機械密封安裝標(biāo)準(zhǔn)。減速箱解體檢查發(fā)現(xiàn)輸出軸的上軸承圓錐滾子磨損嚴(yán)重，滾子表面磨出多處凹坑，外圈滑道磨出深溝、部分表面已經(jīng)剝落；輸出軸的下軸承沒有發(fā)生任何磨損，根據(jù)軸承檢查結(jié)果，可以判斷輸出軸的上軸承承擔(dān)了攪拌軸的全部軸向力，攪拌軸的軸向力方向為垂直向上。

由于上軸承滾子、外圈磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致軸承的徑向間隙加大；同時，上軸承為圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承的特點是徑向間隙加大，軸向間隙也隨之加大，從而導(dǎo)致攪拌軸的軸向竄量超標(biāo)，軸向竄量大直接影響機封的正常運行，導(dǎo)致機封隨攪拌軸向上竄動，大氣側(cè)機封動靜環(huán)端面貼合，端面摩擦加劇從而產(chǎn)生泄漏。

此次檢修，對減速箱體、各個齒輪、輸入軸、中間軸、輸出軸、各部軸承等部件進(jìn)行了徹底清洗，對齒輪、輸入軸、中間軸、輸出軸等部件進(jìn)行著色探傷，沒有發(fā)現(xiàn)任何缺陷。檢修人員對磨損的軸承進(jìn)行了更換，減速箱回裝后，重新使用提軸法測量攪拌軸的軸向竄量為0.07 mm，符合安裝標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

通過更換磨損的輸出軸上軸承，軸承的徑向和軸向間隙恢復(fù)原來的裝配標(biāo)準(zhǔn)，軸承能夠有效地對攪拌軸進(jìn)行軸向限位，避免了攪拌軸軸向竄量大對于機械密封的影響，從而保障了裝置安全、穩(wěn)定、長周期運行。