鄰苯二胺氨解反應(yīng)釜機(jī)封泄漏原因分析及改進(jìn)

仝源李強(qiáng)

（1.南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048；2.江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)，江蘇 揚(yáng)州 225009）

鄰苯二胺氨解反應(yīng)釜機(jī)封泄漏原因分析及改進(jìn)

仝源1李強(qiáng)2

（1.南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京 210048；2.江蘇揚(yáng)農(nóng)化工集團(tuán)，江蘇 揚(yáng)州 225009）

氨解釜是鄰苯二胺生產(chǎn)過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，其配用的機(jī)械密封性能直接影響整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)對(duì)氨解釜機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行分析，找出其主要原因是設(shè)備凸緣水平度不符合技術(shù)要求，機(jī)械動(dòng)環(huán)密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，下端面密封O型圈選材不當(dāng)?shù)?。通過(guò)采取改進(jìn)凸緣及動(dòng)環(huán)O型圈密封系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，更換O型圈材質(zhì)以及軸承、軸等部件，提高裝配精度等措施后，氨解釜機(jī)械密封性能優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求。

氨解反應(yīng)釜；機(jī)械密封；動(dòng)環(huán)；O型圈；泄漏

鄰苯二胺是重要的有機(jī)化學(xué)品，常用作染料、農(nóng)藥、助劑、感光材料等的中間體，用于制造聚酰胺、聚氨酯、多菌靈和托布津、還原大紅GG、勻染劑、防老劑MB，還用于制備顯影劑、表面活性劑等。其主要工藝流程為：鄰硝基氯苯與氨水在氨解釜內(nèi)進(jìn)行劇烈吸熱反應(yīng)，然后將氨解反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行加氫制得粗鄰苯二胺，最后進(jìn)行精餾獲得成品鄰苯二胺。氨解釜為生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵設(shè)備，它的性能是否穩(wěn)定直接影響整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。氨解釜主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1，總裝圖見(jiàn)圖1。

表1 氨解釜技術(shù)參數(shù)Tab.1 Ammonolysis kettle technical parameters

圖1 氨解釜總裝圖Fig.1 Ammonolysis kettle assembly drawing

1 機(jī)封結(jié)構(gòu)與泄漏情況

因氨解反應(yīng)工況比較苛刻：高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕，所以對(duì)機(jī)封的要求比較高。氨解釜選用雙端面208平衡型6.3 MPa級(jí)釜，用高壓機(jī)械密封，配1.5 L活塞比為1∶1.5增壓罐?；窘M成如下：

（1）由靜環(huán)和動(dòng)環(huán)組成的兩對(duì)密封端面系統(tǒng)；

（2）以彈簧元件為主的補(bǔ)償緩沖機(jī)構(gòu)；

（3）輔助密封圈；

（4）傳動(dòng)件和緊固件；

（5）其他零部件（軸套、壓蓋、軸承、墊片等）。

由于氨解釡工作壓力較高，操作壓力在4.5 MPa左右，如果機(jī)械密封腔內(nèi)密封液的壓力低于釡內(nèi)壓力，則釡內(nèi)部分氨氣及物料就會(huì)進(jìn)入密封液中，造成密封液潤(rùn)滑質(zhì)量下降，同時(shí)也會(huì)影響機(jī)械密封端面的密封效果，故要求密封腔內(nèi)壓力和釡內(nèi)工作壓力保持一致，采用如圖1所示的增壓罐平衡輔助系統(tǒng)。

氨解反應(yīng)釜的機(jī)械密封在首次開(kāi)車(chē)時(shí)泄漏情況十分嚴(yán)重，遠(yuǎn)達(dá)不到理論上要求15 d左右補(bǔ)一次油的標(biāo)準(zhǔn)，有些釜甚至不到2 h，增壓罐內(nèi)的循環(huán)油就全部?jī)?nèi)漏到釜內(nèi)，現(xiàn)場(chǎng)需不停往增壓罐內(nèi)注油，頻繁的停車(chē)檢修，更換O型圈、動(dòng)環(huán)、彈簧等零部件，不僅嚴(yán)重影響生產(chǎn)連續(xù)性，而且泄漏到釜內(nèi)的機(jī)械密封潤(rùn)滑油還嚴(yán)重影響到后續(xù)的加氫反應(yīng)及粗品精餾等工序，同時(shí)一些大氣端泄漏的機(jī)械密封潤(rùn)滑油給現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，流到高溫釜壁上的機(jī)械油還有自燃爆炸的危險(xiǎn)，情況非常嚴(yán)峻。

2 泄漏原因分析與改進(jìn)措施

針對(duì)機(jī)械密封上述漏油情況，公司組織相關(guān)的技術(shù)人員和設(shè)備廠家進(jìn)行研究探討，主要從以下幾方面進(jìn)行分析和改進(jìn)。

首先，復(fù)查氨解釜凸緣的水平度，發(fā)現(xiàn)其不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，最大偏差達(dá)0.8 mm。由于凸緣為襯鈦結(jié)構(gòu)，沒(méi)有與凸緣基材進(jìn)行固定，貼合不緊密，熱處理過(guò)程中襯鈦板已經(jīng)翹曲變形，水平度無(wú)法調(diào)整，因此必須改進(jìn)凸緣與襯鈦板連接結(jié)構(gòu)。利用多顆M 8沉頭螺釘使襯層固定到凸緣上，螺釘緊固后頭部用氬弧焊進(jìn)行密封，再磨平保證不破壞密封面，改進(jìn)完成后重新調(diào)整凸緣水平度。改進(jìn)后凸緣與襯層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后凸緣與襯層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2 The improved flange and the lining structure diagram

其次，對(duì)動(dòng)環(huán)的密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。動(dòng)環(huán)密封系統(tǒng)主要由彈簧座、彈簧、壓環(huán)、O型圈、石墨環(huán)等組成，原密封結(jié)構(gòu)為壓環(huán)先壓在O型圈上，通過(guò)O型圈將彈簧補(bǔ)償量傳遞給動(dòng)石墨環(huán)密封面。由于釜內(nèi)壓力波動(dòng)頻繁，變化范圍較大，且O型圈自身會(huì)產(chǎn)生彈性變形，使得彈簧不能及時(shí)對(duì)密封面的變化進(jìn)行有效補(bǔ)償，從而產(chǎn)生泄漏，改進(jìn)前結(jié)構(gòu)如圖3所示。因此在石墨環(huán)內(nèi)部加工一道溝槽放置O型密封圈，壓環(huán)直接壓在石墨環(huán)上，這樣彈簧可以直接對(duì)石墨環(huán)變化進(jìn)行快速補(bǔ)償，消除因補(bǔ)償不到位而產(chǎn)生的泄漏。通過(guò)對(duì)機(jī)封端面壓力計(jì)算，發(fā)現(xiàn)下端面彈簧比壓力偏小，故將下端面彈簧材質(zhì)由A組改為B組，提高強(qiáng)度，增加補(bǔ)償量。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 改進(jìn)前動(dòng)環(huán)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3 Schematic diagram of the dynamic ring seal

圖4 改進(jìn)后動(dòng)環(huán)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.4 Schematic diagram of the improved dynamic ring seal

再次，通過(guò)幾臺(tái)機(jī)械密封的拆解，發(fā)現(xiàn)與物料接觸處即下端面，動(dòng)環(huán)與靜環(huán)O型圈溶脹變形并被擠壓成方形，失去彈性。因反應(yīng)劇烈，釜內(nèi)壓力一直在上下大幅波動(dòng)，從而造成O型圈處產(chǎn)生泄漏的可能。經(jīng)分析，普通四氟O型圈不耐氨、氯化銨等氣體腐蝕，決定將所有O型密封圈更換為全氟醚材質(zhì)。

最后，重新組裝的機(jī)械密封在安裝前進(jìn)行冷態(tài)技術(shù)測(cè)試，確保動(dòng)靜環(huán)面接觸潤(rùn)滑良好，保證面不泄露。測(cè)試技術(shù)要求如圖5及表2所示，對(duì)測(cè)試不合格的機(jī)封必須找出原因。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)有多臺(tái)機(jī)封因內(nèi)部軸承游隙大、精度低等質(zhì)量問(wèn)題，而使測(cè)試結(jié)果偏差較大，通過(guò)更換高品質(zhì)軸承，使機(jī)封測(cè)試結(jié)果很好地滿足技術(shù)要求。另有一臺(tái)因上攪拌軸直線度超標(biāo)而影響測(cè)試結(jié)果，通過(guò)更換上攪拌軸而使測(cè)試結(jié)果符合技術(shù)要求。

圖5 測(cè)試技術(shù)要求Fig.5 Test requirements

表2 測(cè)試技術(shù)要求Tab.2 Test technology

3 改進(jìn)后機(jī)封運(yùn)行情況

改進(jìn)后的氨解釜機(jī)封運(yùn)行非常平穩(wěn)，泄漏情況得到極大的改善，連續(xù)運(yùn)行一年都沒(méi)有維修過(guò)，遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，工人良好的操作和保養(yǎng)習(xí)慣，使機(jī)封的使用壽命大大延長(zhǎng)，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]GB/T 14211—2010，機(jī)械密封試驗(yàn)方法 [S].

[2]GB/T 24319—2009，釜用高壓機(jī)械密封技術(shù)條件 [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，講師，工程碩士，從事化工機(jī)械教學(xué)及研究工作。