干磨雙端面機械密封在攪拌式反應釜中的應用

路 慶 吳志晶

白銀中天化工有限責任公司 甘肅白銀 730600

攪拌式反應釜作為化工、制藥生產(chǎn)中的關鍵設備，其運行穩(wěn)定性和故障率很大程度上取決于機械密封裝置的優(yōu)劣，尤其是涉及腐蝕性、高壓、超低壓、高溫、低溫環(huán)境下的反應釜，其軸封是當前需要專門攻克的難題。反應釜攪拌軸根據(jù)伸入方式的不同分為頂部伸入式、底部伸入式和伸入式。以下主要針對常用頂部插入式反應釜攪拌軸的機械密封進行介紹，闡述安裝、結構、系統(tǒng)運行等方面的優(yōu)點，對電子級氟化鋰生產(chǎn)中不同反應釜攪拌器密封遇到的問題進行分析。

1 雙端面干磨機械密封在攪拌式反應釜中的應用

伴隨著工業(yè)生產(chǎn)和新能源材料產(chǎn)業(yè)鏈的快速發(fā)展，拌和反應釜的反應壓力、溫度等標準在不斷更新，并向性能卓越方向發(fā)展。與此同時，從避免原料環(huán)境污染、安全性和節(jié)能環(huán)保等層面，對機械密封設備的穩(wěn)定性、使用期限、泄漏量和運作合理性的需求也越來越高。兩面機械密封構造工作時，因為液體壓力(物質壓力)和彈性元件彈力的合力，在密封圈端面上形成一個合適的比壓(卡緊力)，使動環(huán)和靜環(huán)的兩種觸碰端面密切迎合，在端面間的小空隙中生成一層薄附面層，進而實現(xiàn)密封。

2 雙端面干磨機械密封主要優(yōu)點

（1）干磨機械密封使用過程中，無需添加任何密封液，依靠動靜環(huán)端面的優(yōu)良配方及機封設計結構來實現(xiàn)干磨擦。

（2）干磨機械密封可滿足于如潔凈度、高溫、高壓等要求的作業(yè)環(huán)境，不會因為機械密封添加密封液導致泄漏，污染原料。

（3）干磨機械密封設計自帶內漏收集裝置。機封在使用過程中，因端面的不斷摩擦會有微量磨削粉料掉下來，它們被機封自帶的收集槽收集，不會掉進釜內，而且定期可以打開排放。

（4）機械密封為模塊化設計，無論什么種類的反應釜，機械密封都可以互換，通用性強，能夠更好地服務生產(chǎn)。

（5）具備雙向平衡型性能，介質端端面在使用過程中如發(fā)生操作失誤，產(chǎn)生過壓時也不會輕易打開泄漏，穩(wěn)定性更強。

（6）干磨機械密封在設計時已考慮與濕磨機械密封的互換性，只要更換某些部位組件，就能實現(xiàn)簡單轉換；且設計時已考慮FDA 及GMP 標準的適用性，不需要改變結構。

（7）設備的噪音≤85Db，減速機效率≥94%；振動極限（均方根速度值）均不超過4.6mm/ s；設備在運轉過程中，軸的擺動量不超過2.5mm/ m。

3 雙端面干磨機械密封的選型方法

3.1 主要參數(shù)

影響雙端面干磨機械密封的主要參數(shù)包括密封腔工作壓力、液體(介質)溫度、總流量、液體特性和組裝機械密封的合理室內空間等。機械密封分成耐高壓機械密封、抗腐蝕機械密封、耐熱機械密封、抗低溫機械密封、耐顆粒狀介質機械密封和適用易氣化輕烴介質的機械密封。在現(xiàn)實生產(chǎn)中，應依據(jù)不同的應用領域挑選不同結構和材質的機械密封。

3.2 基本準則

依據(jù)密封腔的工作壓力明確密封構造應該是平衡的還是不平衡的，是單端或是雙端；依據(jù)溫度和液體(介質)特性，明確磨擦副和協(xié)助密封原材料，正確選擇潤滑、清洗、隔熱保溫、制冷等機械密封循環(huán)系統(tǒng)保護系統(tǒng)；依據(jù)工作速率，選擇轉盤式或靜態(tài)數(shù)據(jù)式、流體機械式或非接觸式；依據(jù)組裝和密封的合理室內空間，可挑選單彈簧、多彈簧或波型彈簧、內裝式或外裝式。

4 正常生產(chǎn)過程中工況參數(shù)

機械密封必須避免同時在多個極限（壓力、溫度、速度）工況下運行，否則將加劇密封的磨損或引起密封面的損壞或橡膠圈的損壞。這將導致密封的壽命短和密封的突然失效，從而對人員和環(huán)境造成危害。

5 裝配注意事項

5.1 裝配前檢查

裝配前檢查設備上的裝配部件，例如夾緊盤位置處軸表面清除油脂；邊緣倒角具有光滑的錐面，即30°/ 2mm；配合位置和O 形圈表面的粗糙度最好為10μm。

5.2 軸向密封安裝部位

檢查機械密封接觸表面是否損壞；配合尺寸、軸的垂直度和同心度進行軸向密封安裝；徑向跳動偏差和軸向竄動公差應符合DIN28161；選用合適的潤滑脂潤滑，以免引起溶漲、分解；EP 橡膠制成的彈性元件不能用礦物潤滑脂潤滑。

5.3 安裝

機械密封是集裝式，預組裝為工作狀態(tài)，安裝時不需要任何調整，將集裝式機械密封直接安裝到設備上即可。此安裝說明僅僅適用于集裝式機械密封的整體安裝和拆卸。密封的裝配必須在潔凈的環(huán)境下完成，裝配時避免野蠻操作。安裝機械密封時，O 形圈與其他部件配合面可以涂抹一層潤滑油。根據(jù)具體設備結構來確定集裝式密封裝配方式。

5.4 安裝順序

安裝順序依次為：安裝O 形圈；集裝密封整體推入安裝軸；集裝結構安裝時，避免與軸肩或軸臺階碰撞，這樣容易導致陶瓷密封面破碎；設備軸上安裝夾緊結構的部位應清除油污，以保證傳送效果，例如在軸套與軸之間加酒精清洗。

5.5 夾緊盤的固定

逆時針輕輕地擰緊部分螺栓，直到盤面水平；依次、均勻地擰緊所有螺栓，直到它們具有相同的扭矩（M5=3N·m；M6=7N·m）；運行時夾緊盤必須平行，移走止動墊片并對其加以固定。

5.6 管路連接

垂直安裝管路，確保管路自排氣；確保清潔液體流經(jīng)管路，擰緊所有封壓管件可用接頭或直接彎曲實現(xiàn)管路彎曲；截止閥采用球閥；為了處理大氣側密封的泄漏，“排液”接口可接直管排放，沒必要關閉；為了滾動軸承的潤滑容易，“注油”口可以接到防護罩外面。

5.7 開車

開車前檢查密封止動墊片是否拆卸或移走；密封和軸之間的扭矩傳遞是否合適；供應液管路安裝是否正確，用清潔的液體（顆粒粒度＜10μm）灌滿密封和供應管路。根據(jù)操作要求，緩沖液最好采用輕油軟化水或蒸汽冷凝水；緩沖液（如介質超純水）僅能使用與介質兼容的液體，且當泄漏到大氣中時不會對環(huán)境和人造成傷害；緩沖液的黏度不應超過5mm2/ s,確保其順暢循環(huán)。注意，如果緩沖液的壓力降到介質壓力以下（緩沖壓偶然失效的情況下），介質側的氣體將通過介質側的密封端面泄漏，會污染緩沖液并被收集在供應液容器，因此建議對緩沖液壓力進行自動監(jiān)控，且要定期更換緩沖液。

5.8 維修

為了保障密封功效，維修后的密封要做靜壓試驗。如果密封必須在現(xiàn)場維修，那么必須在清潔的室內并由受過培訓的人員按操作說明書維修。拆卸設備順序與組裝順序相反：卸壓，使緩沖液的壓力降到大氣壓；機械密封排液；移開供應系統(tǒng)管路；把止動片推入軸套的溝槽，然后固定；拆卸夾緊盤（依次松開螺釘）；按傳動設備制造商說明，用夾緊裝置固定攪拌軸。

6 常見問題

6.1 組裝

（1）密封腔的直徑和深層應與密封部件使用說明一致，容許尺寸公差一般在0.13mm 之內；與軸套的尺寸偏差應是±0.03～±0.05mm。必須查驗軸的徑向安全通道。理論上，總竄動量矩不可超出0.25mm；軸的徑向跳動一般控制在0.05mm 之內，徑向跳動太大很有可能造成密封套與軸中間的損壞；若密封面自查泄漏量提升，會危害密封件的總體辦公環(huán)境，進而減少密封件的使用期限。（2）查驗軸的折射率,較大折射率要低于0.07mm。（3）查驗密封腔與軸的對中狀況，對中應低于0.13mm。

6.2 機械密封檢查

查驗全部構件，特別是密封面，要清理無結垢；查驗旋轉構件、傳動系統(tǒng)銷和彈簧銷是否能隨意挪動；查驗轉動構件的穩(wěn)固螺絲是否扭緊。

6.3 機械密封的開啟和應用

大部分機械密封被設計為在液態(tài)環(huán)境中工作，因而在起動前密封表層務必滲入液態(tài)中。干運行會毀壞密封面，危害機械密封的使用期限。啟動設備運行前，工作環(huán)境對機械密封影響不大，但一定要確保密封設備在飛速運行時處在液體環(huán)境中。無論設備是否運作，制冷或清洗系統(tǒng)軟件都不可斷開。針對新安裝的設備，第一次啟動時有輕度泄露是正常的；進入密封磨合期后，即可達到無泄漏。

6.4 密封毀壞的主要原因

機械密封在攪拌器中起著至關重要的作用，但設備在使用中難免會遭到毀壞。分析其攪拌器密封毀壞的原因，有助于更好地維護保養(yǎng)設備。

（1）靜環(huán)座組裝精密度不足：一般靜環(huán)座與攪拌器密封腔中間缺乏對應的精準定位件。組裝時，軸套與靜環(huán)的同軸度主要由工作員的工作經(jīng)驗確定，人為因素直接影響組裝效率。另外，正中間軸套與靜環(huán)中間的間距較小，為0.5mm 的一半，在軸晃動比較大、靜環(huán)座組裝前存有偏差等要素的直接影響下，靜環(huán)與軸套中間常常產(chǎn)生磨擦，造成攪拌器機械密封損壞。

（2）攪拌器軸晃動和攪拌器震動：一般攪拌器組裝在厚度較薄的反應罐中，若其端口彎曲剛度達不到相關要求，會造成攪拌器運行中震幅比較大。攪拌器軸與減速箱相接處磨損嚴重，軸與軸套間距比較大，造成攪拌器軸在運行時晃動比較大。與此同時，因為支撐點軸中間的間距相對較小，減速箱的軸套抗壓強度相對較短。在攪拌軸持續(xù)運行過程中，軸套與軸中間的損壞狀況越來越嚴重，造成攪拌軸持續(xù)晃動。

（3）磨擦副原材料的挑選存在的問題：機械密封中采用的滑動摩擦副原材料主要是金剛沙和高純石墨等，再依據(jù)其特征關鍵選用軟硬結合的方法。與此同時，其加工材料為氟化鋰料漿，其中往往帶有很多顆粒氟化鋰結晶，容易對動環(huán)造成明顯損壞，導致密封損壞和泄露。

7 結語

電子級氟化鋰生產(chǎn)裝置中所選用的攪拌反應釜，機械密封泄漏量要求非常嚴格。如果泄漏量過大，密封介質將會直接進入產(chǎn)品導致產(chǎn)品不合格，更甚者會直接造成生產(chǎn)裝置停產(chǎn)。因此，在生產(chǎn)裝置中需要選擇可靠、穩(wěn)定的機械密封裝置。實踐證明，干磨雙端面機械密封裝置完全可以滿足其生產(chǎn)要求，有效保障生產(chǎn)裝置的正常運行。