孫曉偉

(中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司化工分公司，安徽 淮南 232000)

對(duì)于該壓縮機(jī)在該工藝流程中的作用為：脫氣倉(cāng)吹掃氮?dú)夂陀蓸?shù)脂脫除的烴及樹(shù)脂輸送氣經(jīng)過(guò)頂部過(guò)濾器去排放氣回收系統(tǒng)，回收共聚單體和冷劑。首先通過(guò)過(guò)濾器，然后經(jīng)過(guò)水冷的低壓冷卻器進(jìn)入該壓縮機(jī)一段壓縮后，經(jīng)過(guò)水冷的冷卻器和用乙二醇水溶液作為冷劑冷卻的低壓冷凝器，冷到-13 ℃，進(jìn)入低壓集液器。冷凝的冷劑和共聚單體從排放氣體中分離出來(lái)，用低壓凝液泵打回反應(yīng)系統(tǒng)，排放氣進(jìn)入排放氣壓縮機(jī)二段壓縮后，高壓排放氣首先經(jīng)排放氣換熱器與自高壓集液器來(lái)的分出凝液后的排放氣換熱，再使用乙二醇水溶液作為冷劑冷卻的高壓冷凝器冷卻到-13 ℃，大部分共聚單體都冷凝下來(lái)。然后進(jìn)入高壓集液器進(jìn)行氣液分離。分出的凝液，經(jīng)1#/2#高壓凝液泵增壓，并與低壓凝液匯合后一并返回到反應(yīng)系統(tǒng)，由高壓集液器頂部出來(lái)的排放氣，先經(jīng)排放氣換熱器回收冷量，最后進(jìn)入排放氣緩沖罐。

從以上該壓縮機(jī)的作用來(lái)看，共有兩次壓縮，且壓縮的介質(zhì)主要是烴、樹(shù)脂以及共聚單體，該有機(jī)介質(zhì)在壓縮過(guò)程中就會(huì)進(jìn)入到密封面系統(tǒng)，進(jìn)而在高溫下碳化，形成硬質(zhì)顆粒而存在于機(jī)械密封的密封面之間，隨著機(jī)械密封的運(yùn)行，硬質(zhì)顆粒會(huì)進(jìn)一步磨損密封面，最終導(dǎo)致機(jī)械密封失效。

最近一段時(shí)間，該壓縮機(jī)機(jī)械密封的使用壽命明顯縮短，經(jīng)常發(fā)生潤(rùn)滑油泄漏的故障，這不僅造成了潤(rùn)滑油使用量的明顯增多，生產(chǎn)成本大幅提升，而且對(duì)整個(gè)裝置平穩(wěn)運(yùn)行造成了極大的隱患。為此，對(duì)更換下來(lái)的舊機(jī)械密封進(jìn)行了初步原因分析，以期找到機(jī)械密封失效的真正原因，為避免以后再次出現(xiàn)類(lèi)似情況提供指導(dǎo)意見(jiàn)。

1 壓縮機(jī)相關(guān)參數(shù)

壓縮機(jī)型式：立式往復(fù)

入口壓力：0.121 MPa

出口壓力：0.96 MPa

額定流量：1885 m3/h

軸功率：200 kW

轉(zhuǎn)速：741 r/min

2 回收氣壓縮機(jī)機(jī)械密封形式

仔細(xì)觀(guān)察拆卸下來(lái)的機(jī)械密封，發(fā)現(xiàn)其為外裝式多彈簧雙端面機(jī)械密封。首先，外裝式機(jī)械密封的彈簧和動(dòng)環(huán)安裝在密封箱體外，并不與介質(zhì)接觸，其泄漏方向與離心力方向相同，這就造成泄量漏較大，適用的工作壓力較低，其能承受的最高壓力為1～2 MPa，實(shí)際使用中，密封腔的壓力為0.4 MPa，滿(mǎn)足適用要求。

而對(duì)于雙端面密封則有背對(duì)背和面對(duì)面之分，5206X的機(jī)械密封為背對(duì)背式[1]，如圖1所示。

圖1 背對(duì)背雙端面密封

3 故障描述

機(jī)械密封失效后，潤(rùn)滑油呈線(xiàn)狀泄漏，停機(jī)打開(kāi)壓蓋發(fā)現(xiàn)機(jī)封的彈簧不會(huì)回彈。拆下機(jī)封發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)離機(jī)體側(cè)的動(dòng)靜環(huán)磨損嚴(yán)重，且靜環(huán)磨損將近0.7 mm，呈切削狀，而動(dòng)環(huán)磨損形式為斷續(xù)擦傷并帶有明顯的擦傷尾跡[2]，具體如圖2和圖3所示。

圖2 被磨損的靜環(huán)局部

圖3 被“擦傷”的動(dòng)環(huán)表面

4 故障原因分析

磨損是機(jī)械密封最常見(jiàn)的失效形式，它主要表現(xiàn)為動(dòng)環(huán)磨損嚴(yán)重導(dǎo)致彈簧補(bǔ)償量不足失效。摩擦表面上可能出現(xiàn)的主要磨損形式有：粘著磨損、磨料磨損、疲勞磨損、微動(dòng)磨損和腐蝕磨損。粘著磨損是由于表面上存在著粗糙的微凸體，表面間的接觸發(fā)生在分散的微凸體處[3]。摩擦?xí)r接觸點(diǎn)處發(fā)生變形，潤(rùn)滑膜及表面膜破裂時(shí)會(huì)出現(xiàn)金屬間的直接接觸，連接點(diǎn)不斷被剪切斷，同時(shí)又產(chǎn)生新的連接點(diǎn)[4]。從粘著磨損外觀(guān)來(lái)看可以有以下形式的粘著磨損：磨合、涂抹、擦傷、劃傷、膠合、咬死[5]。

4.1 擦 傷

機(jī)械密封所謂的“擦傷”是指沿滑動(dòng)方向產(chǎn)生細(xì)小抓痕的現(xiàn)象，稱(chēng)為擦傷。表面間有較硬的微凸體(或者硬顆粒)且有相對(duì)滑動(dòng)時(shí)才造成擦傷。產(chǎn)生擦傷時(shí)，粘結(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度高于兩個(gè)基體金屬的強(qiáng)度。因此，剪切破壞發(fā)生在表層一下較淺的部分。抓痕多半在較軟的金屬表面，但有時(shí)在較硬的金屬表面上也會(huì)出現(xiàn)。

5206X機(jī)械密封動(dòng)環(huán)為銅質(zhì)合金，質(zhì)地較靜環(huán)的硬質(zhì)合金軟，因此從圖2和圖3可以明顯看到：靜環(huán)被均勻切削掉一定厚度，其寬度剛好為動(dòng)環(huán)凸出面的寬度。而動(dòng)環(huán)的損傷則沿圓周斷續(xù)分布，有明顯的抓痕及抓痕尾跡。

4.2 原因分析

由以上磨損失效的外觀(guān)表征可以判斷：機(jī)械密封在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，動(dòng)靜環(huán)接觸面之間存在有較硬的顆粒。該硬顆粒可能來(lái)自壓縮的工藝氣體，該壓縮氣含有較多粉塵顆粒，較細(xì)的粉塵顆粒會(huì)隨著潤(rùn)滑油一起進(jìn)入到密封腔內(nèi)，進(jìn)而存在于動(dòng)靜環(huán)的接觸面之間，而由于動(dòng)靜環(huán)相互摩擦產(chǎn)生的大量熱，使得粉塵顆粒發(fā)生性質(zhì)轉(zhuǎn)變，并且不斷有顆粒補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，最終形成密度較大且硬度較高的顆粒。但是為什么同樣的顆粒在動(dòng)、靜環(huán)上磨損的外觀(guān)表征完全不一樣呢？分析后認(rèn)為：該顆粒對(duì)于相對(duì)較軟的銅質(zhì)合金動(dòng)環(huán)來(lái)說(shuō)，就好比一個(gè)小玻璃球以一定的速度進(jìn)入到沙子，它不會(huì)停留在沙子表面，而是會(huì)進(jìn)入到一定深度停下來(lái)，并且有明顯的進(jìn)入沙子的尾跡，但是由于動(dòng)靜環(huán)之間的相互作用力，小玻璃球又會(huì)從沙子里出來(lái)，并運(yùn)行一段時(shí)間后再次進(jìn)入到沙子，因此會(huì)在動(dòng)環(huán)表面形成斷續(xù)的抓痕，并且有明顯的抓痕尾跡；但是該顆粒對(duì)于相對(duì)較硬的硬質(zhì)合金靜環(huán)來(lái)說(shuō)，就好比小玻璃球以一定的速度在鋪著地板磚的地面上滾動(dòng)，它不會(huì)進(jìn)入到地板磚一定深度，而是一直在其表面上運(yùn)動(dòng)，并且均勻磨損著靜環(huán)表面。這樣有一定數(shù)量的較硬顆粒在動(dòng)靜環(huán)之間相互作用力下運(yùn)動(dòng)磨損，并最終造成機(jī)械密封失效。

同時(shí)，利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)從機(jī)體中抽出來(lái)的廢潤(rùn)滑油進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中機(jī)械雜質(zhì)含量超出標(biāo)準(zhǔn)值40%(標(biāo)準(zhǔn)值是<0.1%，廢潤(rùn)滑油實(shí)測(cè)值為0.14%)，該廢潤(rùn)滑油的其它指標(biāo)與新潤(rùn)滑油無(wú)明顯差別。這就說(shuō)明，設(shè)備在運(yùn)行中，潤(rùn)滑油中含有大量的機(jī)械雜質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)械密封端面磨損失效。

對(duì)于該壓縮機(jī)一段入口過(guò)濾網(wǎng)的反吹清理周期也隨著工藝介質(zhì)中的細(xì)粉含量的增多而縮短，對(duì)比以往數(shù)據(jù)顯示，一段入口過(guò)濾網(wǎng)的清理周期由以往的6～8個(gè)月縮短至1～2個(gè)月，除此之外，還充分利用機(jī)會(huì)檢修時(shí)清理濾網(wǎng)。

5 預(yù)防措施

(1)改善工藝操作控制，盡量使回收氣中粉塵含量降低，這樣就不會(huì)產(chǎn)生太多的硬顆粒，減少進(jìn)入動(dòng)靜環(huán)接觸面的機(jī)會(huì)。

(2)由于剛拆開(kāi)壓蓋，機(jī)械密封的彈簧沒(méi)有回彈，這說(shuō)明機(jī)械密封密封圈已將軸抱死，為了避免這樣的情況出現(xiàn)，在安裝時(shí)就要避免以下幾個(gè)誤區(qū)[6]：

①?gòu)椈蓧嚎s量越大密封效果越好。其實(shí)不然，彈簧壓縮量過(guò)大，可導(dǎo)致摩擦副急劇磨損，瞬間燒毀；過(guò)度的壓縮使彈簧失去調(diào)節(jié)能力，致使密封失效。

②動(dòng)環(huán)密封圈越緊越好。其實(shí)動(dòng)環(huán)密封圈過(guò)緊有害無(wú)益。一是加劇密封圈與軸套的磨損；二是增大了動(dòng)環(huán)軸向移動(dòng)的阻力；三是彈簧過(guò)度疲勞易損；四是使動(dòng)環(huán)密封圈變形，影響密封效果。

③靜環(huán)密封圈越緊越好。靜環(huán)密封圈基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，相對(duì)較緊密封效果是會(huì)好些，但過(guò)緊也有害。一是引起靜環(huán)密封圈變形；二是使靜環(huán)過(guò)度受力破碎；三是安裝、拆卸困難容易損壞靜環(huán)。

④葉輪鎖母越緊越好。一般總認(rèn)為軸間泄漏就是葉輪鎖母不緊，其實(shí)鎖母過(guò)度鎖緊會(huì)導(dǎo)致軸間墊過(guò)早失效，適度鎖緊鎖母，在運(yùn)轉(zhuǎn)中由于壓縮彈性鎖母會(huì)自動(dòng)鎖緊。

⑤新的總比舊的好。相對(duì)來(lái)說(shuō)，新密封效果是好于舊的，但若新密封的材質(zhì)選擇不當(dāng)時(shí)，會(huì)有很大的配合誤差，反倒效果更差。

(3)日常巡檢時(shí)，多注意壓縮機(jī)入口過(guò)濾網(wǎng)的壓差，一旦發(fā)現(xiàn)壓差有變大趨勢(shì)，及時(shí)切至備臺(tái)，對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行清理。

6 結(jié) 論

通過(guò)以上分析，可以看出，該壓縮機(jī)機(jī)械密封失效的主要原因是有機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入到機(jī)械密封的動(dòng)靜接觸面，加劇磨損，最終導(dǎo)致機(jī)械密封失效。工藝操作中，要盡量減少氣體中的細(xì)粉含量，以延長(zhǎng)壓縮機(jī)相關(guān)備件的使用壽命，確保裝置平穩(wěn)長(zhǎng)期運(yùn)行。同時(shí)對(duì)于出現(xiàn)的問(wèn)題要及時(shí)進(jìn)行處理，將問(wèn)題控制在可掌控的范圍內(nèi)。