搅拌器轴向窜量对于机械密封的影响

王海峰

（大庆石化公司化工二厂，黑龙江大庆 163714）

0 设备简介

丁辛醇3401C反应釜搅拌器为美国莱宁搅拌器厂家制造，2012年10月投用，设备型号782S335，操作压力1.8 MPa，操作温度（85～120）℃，工作介质丙烯、合成气、醛。3401C搅拌器工艺流程为合成气、丙烯汇合后在反应釜底部搅拌器桨叶的下面通过分配器进入羰基合成反应釜，催化剂溶液在搅拌器的上部两组桨叶中间加入反应釜。搅拌器底部径向桨叶使从环状气体分布器进入的气泡充分与催化剂溶液接触。上部的轴向搅拌桨叶使催化剂溶液产生轴向流动并和反应溶液完全混合。

1 故障情况

自2012年10月设备投用以来，3401C搅拌器配套选用的美国福斯集装式双端面机械密封，多次出现机封泄漏问题。2016年6月，化工二厂与大连华阳密封股份有限公司合作，对搅拌器的机械密封和密封油系统进行了国产化改造。改造后的H274背靠背双端面釜用机械密封，密封端面为镶装式、完全平衡型，静止式，多弹簧结构。同时，密封油系统由原来的PLAN53A方案改造为PLAN54方案。

2016年7月，3401C搅拌器运行仅一周，操作人员检查发现搅拌轴与机械密封定位卡块的相对轴向位置发生改变，在原标记向上窜动了2 mm，双端面机械密封的大气侧机封温度达到60℃，机封检漏口处渗油并带有黑色粉末，机封平均每天漏油10 mL。

2 原因分析

2.1 搅拌器结构

搅拌器主要部件有电机、减速箱、搅拌轴、桨叶和机械密封。减速箱为3级齿轮减速，釜内搅拌轴用法兰连接，桨叶分3组下部为径向桨叶，上部2组为轴流桨叶，机械密封采用大连华阳带轴套双端面集装式釜用密封。桨叶转速108 r/min、顺时针旋转、桨叶材料304L、径向桨叶一组6片、轴向桨叶一组3片。反应釜内正常物料为丙烯、合成气、醛以及催化剂三苯基膦络合物，具有腐蚀性，反应釜体、搅拌轴均采用304L材料。

2.2 搅拌轴轴向力分析

搅拌轴上的轴向力由搅拌轴自身重力和流体作用力的轴向分量共同形成的。此台搅拌器底部设有滑动轴承，安装于3脚支撑的轴承座内，如图1所示。

图1 搅拌轴底部滑动轴承

该滑动轴承只承受搅拌轴的径向载荷，限制搅拌轴的径向摆动，不承受轴向力。反应釜密封法兰上安装的大连华阳集装式机械密封，内部设置了型号为23938CAE4的双列调心滚子轴承，根据厂家的设计要求，该轴承只承受径向力、不承受轴向力。因此，搅拌轴的轴向力完全由减速箱内输出轴上部和下部安装的2个圆锥滚子轴承来承受，如图2所示。

图2 输出轴和上下部轴承

2个轴承为96900-96140圆锥滚子轴承，轴承为面对面安装。面对面配对的轴承可承受作用于2个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。

2.3 轴向窜量对于机封的影响

图3 大连华阳机械密封结构

图4 圆锥滚子磨损

机械密封的密封面要有一定的比压才能起到密封作用，这就要求机械密封的弹簧要有一定的压缩量，给密封端面一个推力，旋转起来使密封面产生密封所要求的比压。为了保证这一个比压，机械密封要求轴不能有太大的窜量，一般要保证在0.5 mm以内。从搅拌器实际运行情况看，搅拌轴向上窜动2 mm多，轴向窜量远远超出0.5 mm的机封安装要求。由于搅拌轴向上窜动，机封轴向窜量增加，使得图3中大气侧机械密封的密封面压紧力增加，密封面磨损加剧，从而导致机封检漏口处出现渗油现象，直至密封面完全损坏；同时，介质侧的机械密封由于密封面的压紧力减小，达不到密封要求，最终将导致搅拌器两侧的机械密封全部失效。

图5 外圈滑道表面剥落

3 解决方案

2017年2月18日，利用装置停工时机对3401C搅拌器减速箱进行了解体检修。减速箱从平台吊下后，检修人员测量减速箱输出轴的径向摆动达到5.2 mm，轴向窜量达到3.52 mm，大大超出0.5 mm的机械密封安装标准。减速箱解体检查发现输出轴的上轴承圆锥滚子磨损严重，滚子表面磨出多处凹坑，外圈滑道磨出深沟、部分表面已经剥落；输出轴的下轴承没有发生任何磨损，根据轴承检查结果，可以判断输出轴的上轴承承担了搅拌轴的全部轴向力，搅拌轴的轴向力方向为垂直向上。

由于上轴承滚子、外圈磨损严重，从而导致轴承的径向间隙加大；同时，上轴承为圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的特点是径向间隙加大，轴向间隙也随之加大，从而导致搅拌轴的轴向窜量超标，轴向窜量大直接影响机封的正常运行，导致机封随搅拌轴向上窜动，大气侧机封动静环端面贴合，端面摩擦加剧从而产生泄漏。

此次检修，对减速箱体、各个齿轮、输入轴、中间轴、输出轴、各部轴承等部件进行了彻底清洗，对齿轮、输入轴、中间轴、输出轴等部件进行着色探伤，没有发现任何缺陷。检修人员对磨损的轴承进行了更换，减速箱回装后，重新使用提轴法测量搅拌轴的轴向窜量为0.07 mm，符合安装标准。

4 结论

通过更换磨损的输出轴上轴承，轴承的径向和轴向间隙恢复原来的装配标准，轴承能够有效地对搅拌轴进行轴向限位，避免了搅拌轴轴向窜量大对于机械密封的影响，从而保障了装置安全、稳定、长周期运行。