邻苯二胺氨解反应釜机封泄漏原因分析及改进

仝源李强

（1.南京科技职业学院，江苏 南京 210048；2.江苏扬农化工集团，江苏 扬州 225009）

邻苯二胺氨解反应釜机封泄漏原因分析及改进

仝源1李强2

（1.南京科技职业学院，江苏 南京 210048；2.江苏扬农化工集团，江苏 扬州 225009）

氨解釜是邻苯二胺生产过程的关键设备，其配用的机械密封性能直接影响整个生产过程。通过对氨解釜机械密封泄漏原因进行分析，找出其主要原因是设备凸缘水平度不符合技术要求，机械动环密封系统结构设计不合理，下端面密封O型圈选材不当等。通过采取改进凸缘及动环O型圈密封系统结构，更换O型圈材质以及轴承、轴等部件，提高装配精度等措施后，氨解釜机械密封性能优于标准要求。

氨解反应釜；机械密封；动环；O型圈；泄漏

邻苯二胺是重要的有机化学品，常用作染料、农药、助剂、感光材料等的中间体，用于制造聚酰胺、聚氨酯、多菌灵和托布津、还原大红GG、匀染剂、防老剂MB，还用于制备显影剂、表面活性剂等。其主要工艺流程为：邻硝基氯苯与氨水在氨解釜内进行剧烈吸热反应，然后将氨解反应产物进行加氢制得粗邻苯二胺，最后进行精馏获得成品邻苯二胺。氨解釜为生产过程中关键设备，它的性能是否稳定直接影响整个生产系统。氨解釜主要技术参数见表1，总装图见图1。

表1 氨解釜技术参数Tab.1 Ammonolysis kettle technical parameters

图1 氨解釜总装图Fig.1 Ammonolysis kettle assembly drawing

1 机封结构与泄漏情况

因氨解反应工况比较苛刻：高温、高压、强腐蚀，所以对机封的要求比较高。氨解釜选用双端面208平衡型6.3 MPa级釜，用高压机械密封，配1.5 L活塞比为1∶1.5增压罐。基本组成如下：

（1）由静环和动环组成的两对密封端面系统；

（2）以弹簧元件为主的补偿缓冲机构；

（3）辅助密封圈；

（4）传动件和紧固件；

（5）其他零部件（轴套、压盖、轴承、垫片等）。

由于氨解釡工作压力较高，操作压力在4.5 MPa左右，如果机械密封腔内密封液的压力低于釡内压力，则釡内部分氨气及物料就会进入密封液中，造成密封液润滑质量下降，同时也会影响机械密封端面的密封效果，故要求密封腔内压力和釡内工作压力保持一致，采用如图1所示的增压罐平衡辅助系统。

氨解反应釜的机械密封在首次开车时泄漏情况十分严重，远达不到理论上要求15 d左右补一次油的标准，有些釜甚至不到2 h，增压罐内的循环油就全部内漏到釜内，现场需不停往增压罐内注油，频繁的停车检修，更换O型圈、动环、弹簧等零部件，不仅严重影响生产连续性，而且泄漏到釜内的机械密封润滑油还严重影响到后续的加氢反应及粗品精馏等工序，同时一些大气端泄漏的机械密封润滑油给现场环境带来严重的污染，流到高温釜壁上的机械油还有自燃爆炸的危险，情况非常严峻。

2 泄漏原因分析与改进措施

针对机械密封上述漏油情况，公司组织相关的技术人员和设备厂家进行研究探讨，主要从以下几方面进行分析和改进。

首先，复查氨解釜凸缘的水平度，发现其不符合标准要求，最大偏差达0.8 mm。由于凸缘为衬钛结构，没有与凸缘基材进行固定，贴合不紧密，热处理过程中衬钛板已经翘曲变形，水平度无法调整，因此必须改进凸缘与衬钛板连接结构。利用多颗M 8沉头螺钉使衬层固定到凸缘上，螺钉紧固后头部用氩弧焊进行密封，再磨平保证不破坏密封面，改进完成后重新调整凸缘水平度。改进后凸缘与衬层结构如图2所示。

图2 改进后凸缘与衬层结构简图Fig.2 The improved flange and the lining structure diagram

其次，对动环的密封结构进行改进。动环密封系统主要由弹簧座、弹簧、压环、O型圈、石墨环等组成，原密封结构为压环先压在O型圈上，通过O型圈将弹簧补偿量传递给动石墨环密封面。由于釜内压力波动频繁，变化范围较大，且O型圈自身会产生弹性变形，使得弹簧不能及时对密封面的变化进行有效补偿，从而产生泄漏，改进前结构如图3所示。因此在石墨环内部加工一道沟槽放置O型密封圈，压环直接压在石墨环上，这样弹簧可以直接对石墨环变化进行快速补偿，消除因补偿不到位而产生的泄漏。通过对机封端面压力计算，发现下端面弹簧比压力偏小，故将下端面弹簧材质由A组改为B组，提高强度，增加补偿量。改进后结构如图4所示。

图3 改进前动环密封结构简图Fig.3 Schematic diagram of the dynamic ring seal

图4 改进后动环密封结构简图Fig.4 Schematic diagram of the improved dynamic ring seal

再次，通过几台机械密封的拆解，发现与物料接触处即下端面，动环与静环O型圈溶胀变形并被挤压成方形，失去弹性。因反应剧烈，釜内压力一直在上下大幅波动，从而造成O型圈处产生泄漏的可能。经分析，普通四氟O型圈不耐氨、氯化铵等气体腐蚀，决定将所有O型密封圈更换为全氟醚材质。

最后，重新组装的机械密封在安装前进行冷态技术测试，确保动静环面接触润滑良好，保证面不泄露。测试技术要求如图5及表2所示，对测试不合格的机封必须找出原因。通过测试发现有多台机封因内部轴承游隙大、精度低等质量问题，而使测试结果偏差较大，通过更换高品质轴承，使机封测试结果很好地满足技术要求。另有一台因上搅拌轴直线度超标而影响测试结果，通过更换上搅拌轴而使测试结果符合技术要求。

图5 测试技术要求Fig.5 Test requirements

表2 测试技术要求Tab.2 Test technology

3 改进后机封运行情况

改进后的氨解釜机封运行非常平稳，泄漏情况得到极大的改善，连续运行一年都没有维修过，远超过国家相关的技术标准，同时，工人良好的操作和保养习惯，使机封的使用寿命大大延长，给企业带来巨大的经济效益。

[1]GB/T 14211—2010，机械密封试验方法 [S].

[2]GB/T 24319—2009，釜用高压机械密封技术条件 [S].

Cause Analysis of Leakage Occurred in Mechanical Seal in O-diaminobenzene Aminolysis Reactor and Improving Measures

Tong Yuan1，Li Qiang2
（1.Nanjing Vocational Institute of Science and Technology, Nanjing, 210048; 2.Jiangsu Yangnong Chemical Industry Group, Yangzhou, 225009）

Aminolysis reactor is key equipment of o-diaminobenzene production, whose mechanical seal performance impact whole production process directly.Leakage occurred in mechanical seal in o-diaminobenzene aminolysis reactor is analysed and the main cases are non-compliance of technical requirement of levelness of male flange, unreasonable structure design of mechanical moving ring seal system, improper material selection of end-surface o-ring seal, etc.Mechanical seal performance of aminolysis reactor is superior to standard requirements through the measures of improving structure of male flange and mechanical seal o-ring system, as well as changing material of o-ring, bearing and shaft.

aminolysis reactor； mechanical seal； moving ring； o-ring； leakage

TQ 052

：A

：2095-817X（2015）03-0050-003

2015-04-17

仝源（1981—），男，讲师，工程硕士，从事化工机械教学及研究工作。