催化剂制备装置搅拌密封改造

某厂新建加氢催化剂及配套生产装置, 在催化剂成交工序中某生产部分同一区域约30台搅拌设备, 在开工运行不到一个月时间, 相继15台搅拌设备轴承损坏、轴承润滑脂耗量高, 生产的中间产品不合格, 设备停工检查发现搅拌密封泄漏, 大量润滑脂漏入搅拌罐内导致中间产品不合格。

1 搅拌设备简介及故障情况

催化剂制备装置成交工序该区域所用的30台搅拌设备均为常压搅拌设备, 操作温度100℃~120℃, 搅拌装置中搅拌轴的设计主要为悬臂轴和单跨轴, 而搅拌密封产生泄漏的主要是采用单跨轴设计的搅拌装置。

根据设备检维修现场调查发现, 轴承箱中圆锥滚子轴承偏磨比较厉害, 底部塑料轴承偏磨明显, 装配毡圈油封处的轴承箱并未有明显磨损痕迹, 毡圈油封稍有偏磨, 毡圈油封以下的搅拌轴布满润滑脂。

2 泄漏原因分析

(1) 搅拌轴安装问题 单跨搅拌轴需要在设备内部设置中间轴承或底轴承优化搅拌轴的设计, 但给搅拌轴的安装带来了一定难度。除了需要调整机架与罐顶支撑的垂直度外, 还需要保证单跨轴底轴承座在同一垂线上, 并保证下搅拌轴与底轴承座的安装间隙, 避免下搅拌轴压在底座上。发生泄漏的搅拌设备均是单跨搅拌轴, 根据检维修现场拆装情况, 单跨轴安装对中存在较大问题, 由于安装误差的累计, 致使搅拌轴在运行过程中偏心严重, 对上部圆锥滚子轴承、底部塑料轴承偏磨严重, 导致轴承箱轴承损坏、毡圈密封失效泄漏。

(2) 搅拌装置轴承箱热分析 搅拌轴的安装问题导致圆锥滚子轴承严重偏磨、轴承箱毡圈密封磨损密封不严。圆锥滚子轴承的偏磨使轴承箱中的润滑脂温度不断升高, 同时由于搅拌设备的操作温度比较高, 搅拌轴的温度几乎与介质温度相当, 在这种高温环境下的润滑脂融化从毡圈密封磨损处不断泄漏, 直接导致润滑脂耗量高、轴承偏磨干磨致使轴承损坏、润滑脂与设备操作介质混合致使中间产品不合格。

(3) 轴承箱密封分析 毡圈密封是在轴承箱体槽内填以毡圈, 阻塞间隙, 到达密封的目的。适用于一般低速机械, 主要密封润滑脂、润滑油, 适用温度一般不超过100℃。按搅拌设备操作工况和毡圈密封适用范围, 搅拌设备原轴承箱密封设置不尽合理, 搅拌设备的操作温度已经达到或超过毡圈密封使用温度上限, 再加上单跨搅拌轴安装问题导致轴承箱温度聚集, 进一步恶化毡圈密封的使用环境, 多因素累积最终导致毡圈密封全面失效。综上所述, 搅拌装置密封泄漏、轴承损坏、中间产品不合格其根本原因在于搅拌轴安装和密封设计不合理。单跨轴安装偏心严重, 从而导致轴承磨损, 其偏磨与干磨又导致润滑脂融化泄露, 进一步影响中间产品的合格率。

3 改进措施及效果

根据该生产单位的具体情况和现场条件, 为减少施工难度和检修周期, 决定在轴承箱毡圈密封下部增加旋转轴唇形密封圈辅助油封结构, 且对所有存在问题的搅拌设备重新调整单跨轴的底轴承座、机架与支撑结构三者之间的对中度, 尽量减少单跨轴偏心安装带来的问题。

(1) 增加旋转轴唇形密封圈辅助油封 目前搅拌装置轴承箱由于工作条件和搅拌轴安装问题导致润滑脂融化, 毡圈密封不能有效密封轴承箱的润滑脂, 因此在轴承箱毡圈密封下部增加旋转轴唇形密封圈辅助油封结构, 使轴承箱密封由单一的毡圈密封变为组合式密封结构。旋转轴唇形密封圈选用带副唇有弹簧的骨架型油封结构, 在自由状态下油封内径比轴径小, 有一定的过盈量, 油封装到轴上后其主唇与副唇的压力和自紧弹簧的收缩应力对密封轴产生一定的径向抱紧力, 阻隔泄露间隙, 达到密封目的, 对设备的振动和轴的偏心都有一定的适应性, 采用聚四氟乙烯材料耐磨性好, 且可用于150℃的温度环境。搅拌装置轴承箱增设该密封以后提高了密封的可靠性。

(2) 调整搅拌装置安装误差 根据现场搅拌密封改造后的情况制定合理的搅拌安装方案。首先核实校准搅拌轴的铅锤度及径向跳动, 达标以后再装配轴承、密封、轴承箱、上部联轴器等, 然后再与机架、机架安装底座进行装配, 并调整机架与机架底座的水平度要求, 锁定搅拌轴, 安装减速机, 以确保搅拌装置的整体运行效果。重新以搅拌轴为基准安装底轴承座, 底轴承座焊接前要确保轴套与护套的同轴度, 首先将支脚点焊, 手动盘车后再次检查搅拌轴的铅锤度、密封处搅拌轴的径向摆动, 确保各项检查达标以后再将支脚焊接牢固。所有搅拌装置安装完毕以后应进行开车试验, 在运转试验间着重监测搅拌密封部位的温升, 搅拌轴的跳动以及异常情况, 如有异常应立即停车排出相关故障。整个系统试车完毕后正式投产前再对搅拌设备进行一次釜内检查, 检查新增密封部位是否有异常摩擦与润滑脂泄漏等异常情况。

(3) 改进后的效果 从装置搅拌密封改造以后运行至今, 搅拌设备运行平稳, 生产的中间产品合格率满足装置生产要求, 搅拌轴承箱毡圈密封泄漏得到有效的控制, 圆锥滚子轴承使用寿命提高, 解决了装置平稳运行的难题。

摘要：本文以某厂新建催化剂制备装置搅拌密封泄漏改造设计为依托, 着重分析搅拌密封装置在工作过程中出现泄漏和失效的主要原因, 并根据实际工况和密封泄漏原因分析对搅拌装置提出整改方案, 有效解决密封泄漏问题使催化剂制备装置平稳的运行。

关键词：催化剂制备,搅拌密封,毡圈油封,旋转轴唇形密封圈

参考文献

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