分子筛生产用螺旋输送机应用问题分析及改进

张庆雪

(中国石化催化剂有限公司齐鲁分公司,山东 淄博 255300)

1 分子筛生产用螺旋输送机使用存在问题

中国石化某催化剂生产企业采用LS340型螺旋输送机进行分子筛生产，用螺旋输送机输送焙烧后的分子筛物料，同时通入原料A进行进一步反应，因螺旋输送机与焙烧炉及除尘设备等构成一个基本封闭的生产系统，输送机内部是微负压状态。

在此工况实际生产中，螺旋输送机内分子筛物料容易结块，粘附在主轴、叶片和外壳内壁上，使用时间约7～15天就发生结块，导致螺旋输送机卡死问题。叶片及其焊缝腐蚀严重，叶片断裂、脱落经常发生，叶片、主轴及外壳腐蚀减薄非常明显，输送机整体寿命仅为5～6个月。轴封采用的是填料密封，密封不严，现场持续地少量泄漏分子筛粉尘和反应生产的HCl气体，污染环境，形成职业卫生隐患。

2 问题原因分析

2.1 卡死问题

螺旋输送机卡死直接原因是输送的分子筛结块，结块后的分子筛粘附在螺旋输送机外壳内壁或转子上，逐步累积，最后卡死转子，造成停机。经分析造成分子筛结块的主要原因是原料A与进入输送机内部的少量水分以及分子筛物料进行的一系列反应导致结块。通过分析，判断螺旋输送机内的水分主要是在负压环境下通过主轴封进入绞龙的空气含水，要从根本上解决结块卡死问题，需要从改进主轴封密封，提高密封效果着手。

2.2 腐蚀问题

螺旋输送机材质是321不锈钢，叶片与主轴(空心钢管)焊接连接，属奥氏体不锈钢，螺旋输送机叶片腐蚀断裂，脱落时有发生，主轴和外壳也存在显著的腐蚀减薄现象。腐蚀发生的主要原因是，输送物料的副反应生成HCl气体，HCl气体与螺旋输送机内的水分形成盐酸酸雾，酸雾对输送机产生腐蚀，酸雾对奥氏体不锈钢的腐蚀类型有晶间腐蚀、应力腐蚀和点蚀，这三种腐蚀类型在螺旋输送机的腐蚀上都存在。欲解决腐蚀问题，一是增强密封效果减少水分进入，二是改进螺旋输送机材质。

2.3 泄漏问题

现场泄漏粉尘、HCl气体，主要原因是，螺旋输送机主轴密封采用3圈12mm×12mm石墨盘根压紧的填料密封，密封盘根仅3圈，密封效果较差。填料密封由于摩擦作用较强，一般需要通入冷却水，发挥冷却及水润滑作用，但此产品生产工艺要求不允许通入冷却水，主要原因是冷却水可能沿主轴进入物料内部，没有冷却水加剧了磨损的影响，极大的缩短了填料密封寿命。再者，结构设计上填料与轴直接接触，没有配备轴套，填料对轴头密封面产生磨损，形成沟槽，严重降低密封可靠性，形成泄漏，解决泄漏问题需要从改进轴封密封形式和结构形式着手。

综上所述，改进主轴密封形式和结构设计，选用耐腐蚀性更好的优质不锈钢材料制作螺旋输送机是改进的主要方向。

3 改造方案的确定与实施

3.1 主轴动密封改造方案

填料密封是一种传统的接触式密封，结构简单，更换方便，成本低廉，适用范围广，对旋转运动的轴允许有轴向窜动，其不足是密封性能稍差，轴不允许有较大的径向跳动，功耗大，磨损轴，使用寿命短。机械密封密封性好，性能稳定，泄露量少，摩擦功耗低，使用周期长，对轴磨损很小，能满足多种工况要求，在石化等部门广泛应用，但其机构复杂、制造精度高、价格较贵，为了解决常规机械密封维修不方便的问题，目前已经有维修使用方便的集装式机械密封。集装式机械密封装置的预安装设计结构简化了测量、调整等过程，具有安装简便、互换性强的特点。通过对比，在改分子筛生产工况下，螺旋输送机应用集装式机械密封比填料密封有着非常显著的优势，遂决定采用集装式机械密封替换填料密封。

针对填料密封存在的问题，我们对集装式机械密封设计、制造及选用提出了以下五个方面的要求。

3.1.1 采用双端面机封

单端面密封结构简单，制造、安装容易，一般用于介质本身润滑性好和允许微量泄漏的条件，是常用的密封型式，当介质有毒、易燃、易爆以及对泄漏量有严格要求时，不宜使用。双端面密封结构复杂，配套有辅助密封系统，适用于介质本身润滑性差、有毒、易燃、易爆、易挥发、含磨粒及气体，即在密封可靠性要求较高的工况下宜选用双端面密封。

3.1.2 动静环材质的选择确定

对摩擦副材料的总的要求是耐磨、耐热、耐腐蚀，抗冲击和抗热裂等。经过对比分析，决定采用如下动静环配对方案。静环采用浸渍树脂石墨环。它是一种耐磨、低摩擦系数(摩擦系数在0.01～0.08),且有有优良的自润滑性和高热导率、高抗热冲击性、低膨胀系数、耐多种介质腐蚀，并有良好的可加工性的材料，使用范围较广，在绝大多数工况中，与其它硬质材料配对是较为理想的摩擦副材料。动环采用整体硬质合金密封环。整体硬质合金密封环基本上不受使用温度的影响，耐腐蚀、硬度高，与石墨环配对效果非常好。

3.1.3 密封腔引入密封液

轴向双端面密封的密封腔工作时在两对端面间引入高于介质压力0.05～0.15MPa的封液，密封液采用外接密封液储罐设计，可以改善端面间的润滑及冷却条件，并把介质与外界隔离，接近实现介质"零泄漏"。同时避免在实际使用时，有可能出现的瞬间的干摩擦状态，避免瞬间摩擦系数增大造成特别严重发热和磨损。密封液的管路设计参考API 682 Plan 53冲洗方案，方案原图如图1。

图1 冲洗方案图

Plan53主要应用于带压的双端面密封结构，密封液存放于储液罐中并经由外部系统加压(通常是氮气)。密封液的流动是同时受到外部压力和靠密封内部的泵效环或热虹吸作用维持循环。储液罐内的压力要大于密封腔内的压力。

3.1.4 机械密封密封腔外壳设计为夹套式水冷却的间接冷却方式

间接冷却的效果比直接冷却要差一些，但冷却水不与密封面接触接触，不会被介质污染，可以循环使用，杜绝了冷却水进入输送器内部与生产物料接触反应的可能。

3.1.5 机械密封均带有轴套

集装式机械密封均带有轴套，以减少密封部件对主轴的磨损，延长主轴寿命。按照上述要求改造后密封的非驱动端照片见图2。

图2 改造后密封的非驱动端

3.2 材质由321不锈钢升级为316L+310S不锈钢

321不锈钢是Ni-Cr-Ti型奥氏体不锈钢，虽然加入了金属钛，但从实际情况来，耐腐蚀性能仍然无法满足在该工况下输送机的使用要求。316L不锈钢也是奥氏体不锈钢，316L不锈钢由于添加Mo，且含碳量更低，耐腐蚀性能更强，特别是耐点蚀性能优秀，高温强度也很好，具有优秀的加工硬化性。310S不锈钢(0Cr25Ni20)是奥氏体铬镍不锈钢，310S拥有很好的蠕变强度，连续使用温度可达1150℃，具有良好的耐高温性，耐腐蚀性，抗氧化性，良好的可焊性，高温强度高。

通过对比，可以发现316L不锈钢性能优于321不锈钢，310S不锈钢性能最是优良，且都宜用于加工螺旋输送机，因310S钢材价格昂贵，综合考虑材料性能和价格后，决定将转子、外壳等接触物料的零部件原来采用的321不锈钢更换为壳体316L不锈钢+转子310S不锈钢的组合，这样就可以极大提高螺旋输送机耐腐蚀性能。

把螺旋输送机的填料密封改造为集装式双端面机械密封，将转子、外壳等接触物料的零部件原来采用的321不锈钢更换为壳体316L不锈钢+转子310S不锈钢的组合，重新加工制作新螺旋输送机后在生产装置进行了使用。

4 改造效果

密封改造效果对比：填料密封在生产使用中，平均寿命约30～45天，简单说就是每次检修都需要对密封填料进行更换；机械密封寿命为300～360天，可以在检修中多次拆安重复使用，改造后，现场无粉尘和HCl气体泄漏，符合如今环保和职业卫生的严格要求。腐蚀情况改善：螺旋输送机的腐蚀主要发生在叶片、主轴和外壳，采用321不锈钢转子的平均寿命约180天，在改用310S后，寿命至少延长了360天以上。改造之后，螺旋输送机连续运转能力大幅提高，大幅度减少了开停车的频次，产生显著的经济效益，且外漏粉尘和HCl气体得到彻底治理，也产生了良好环境效益。

[1] 胡建军，张永芳.浅谈氯离子对奥氏体不锈钢的腐蚀[J].化工装备技术，2017,38(6):35-37.

[2] 张国钊.机械密封及冲洗系统在原油输送离心泵中的应用[J].炼油与化工,2011,(5):1-2.