煉化裝置熱油泵機械密封改造

2013-09-23 陳海燕惠生工程( 中國) 有限公司

　　對熱油泵機械密封泄露進行了分析，介紹了機械密封原理；通過機械密封故障的分析找到了解決措施。目前，改造后的熱油泵運行平穩，達到了預期效果，確保了裝置的安全生產。

1、前言

　　中石化股份天津分公司煉油部聯五車間包括1000 萬噸/年常減壓裝置和130 萬噸/年的蠟油加氫裝置，是100 萬噸/年乙烯的配套裝置。兩套裝置共有熱油泵23 臺，自2009 年12 月開車以來，由于密封泄漏導致機泵檢修頻繁，特別是常減壓裝置的減二線泵P202 曾在3 個月內更換密封14 套，蠟油加氫裝置分餾塔底泵P206 每3 個月就要更換密封1 套，最嚴重的是2010 年10 月9日發生的常減壓裝置減三線泵P203 密封泄露著火事故，造成了切斷進料13h，不僅給裝置的安全生產造成了重大威脅，而且還造成了經濟上的巨大損失。為保證裝置的長周期安穩運行，結合中石化總部下發的關于“切實做好高溫油泵安全運行的指導意見”，同時對密封泄露的原因進行分析，調整密封沖洗方案對熱油泵機封進行改造，以提高機械密封的安全系數，保證裝置的安全生產。

2、機械密封簡介

2.1、機械密封基本原理

　　圖1為機械密封的基本結構，常用于離心泵、離心機、反應釜、壓縮機等設備，軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質從中泄漏，因此必須設一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優點，成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。

機械密封的基本結構

圖1 機械密封的基本結構

2.2、機械密封泄漏點

　　機械密封泄露部位共有4 處:

　　(1) 摩擦端面泄漏點，依靠彈力和介質壓力保持貼合( 動密封點，兩個摩擦副之間有相對轉動) ；

　　(2) 補償環密封圈，依靠密封圈的過盈量實現密封( 靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動) ；

　　(3) 非補償環密封圈，依靠密封圈的過盈量實現密封( 靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止) ；

　　(4) 壓蓋與腔體間的密封圈，依靠密封圈的過盈量實現。

2.3、熱油泵機械密封泄露原因分析

　　離心泵在運轉中突然泄露少數的原因是正常磨損或已達到使用壽命，而大多數是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。主要原因:

　　(1) 抽空、氣蝕或較長時間的憋壓，導致密封損壞；

　　(2) 對于泵實際輸出量偏小，大量介質形成泵內循環，熱量聚集，引起氣化，導致密封失效；

　　(3) 回流量大，導致吸入管側容器底部沉渣泛起，損壞密封；

　　(4) 長時間停運，重新啟動時沒有盤車，摩擦副引粘連而損壞密封；

　　(5) 介質中腐蝕性、聚合性、結焦( 膠) 性物質多，使密封失效；

　　(6) 環境溫度變化；

　　(7) 工況變化頻繁或調整幅度較大；

　　(8) 突然停電或故障停機。

　　下面介紹2 個現場實例:

　　(1) 波紋管結焦、積碳，失去彈性，不能補償

　　在常減壓裝置內熱油泵的操作溫度一般在200 ～ 400℃之間，其中減二線泵曾經在半年內更換14 套機械密封。我們在拆檢現場實際泄漏的機械密封元件時發現，大多數是波紋管上結焦嚴重，完全粘死，沒有彈性，致使波紋管失效，更嚴重的造成摩擦副接觸面磨損嚴重，甚至出現裂紋。原因分析：減二線泵操作介質輕質蠟油，操作溫度溫度220 ～ 230℃，其中硫含量3. 0wt%，減二線油殘炭含量：0. 1 PPM，設計密封沖洗沖洗方案為P21。首先，從表面上看機械密封肯定是在高溫下泵運行介質結焦、積碳，從而使波紋管被硫化物、膠質等雜質塞滿，失去彈性，極易造成摩擦副進入雜質造成端面磨損，出現泄漏。其次我們分析認為是P21 方案的冷卻沖洗系統出現了問題，拆除密封油冷卻器發現，冷卻盤管結垢嚴重，造成不能冷卻好密封油，導致自沖洗封油溫度高，摩擦副間的熱量不能及時帶走，致使介質在密封的波紋管上結焦、積碳，失活、泄漏。

　　(2) 裝置原密封沖洗方案存在的安全隱患

　　在蠟油加氫裝置分餾塔地泵P206A/B 中，沖洗系統選用的是P21 + P62 沖洗、冷卻方案。此方案在實際應用中，總體感覺不是很好。此泵操作介質為精制加氫蠟油，介質品質較好，操作溫度在330 ～ 340℃之間，由于密封系統的冷卻器極容易結垢，造成冷卻不好，導致摩擦副的溫度不能及時降低，致使波紋管材質受高溫影響失活，使機械密封泄漏，最后的結果是3 個月就要更換1 套機械密封，明顯可以看出是受高溫的影響。

3、熱油泵機械密封隱患解決辦法及措施

3.1、改造密封沖洗方案的對比選型

　　API682 中幾種常用于熱油泵密封的沖洗方案簡介。

3.1.1、PLAN21

　　介質由泵的出口經冷卻器降溫后，再進入機械密封，實現對密封的冷卻。適用情況：介質溫度高于110℃和清潔介質。PLAN21 原理如圖2 所示。

PLAN21 原理示意

圖2 PLAN21 原理示意

3.1.2、PLAN23

　　密封配備了一個內部循環設備以使密封腔中的流體通過一個冷卻器再返回密封腔中。在這種情況下，冷卻器僅冷卻密封操作的流體且這些冷卻的流體不進入輸送過程。因此具有較高的能量效率。適用情況：對于易凝結或高粘度的流體PLAN23 比PLAN21 換熱能力更強。在120°左右的時候，如果沒有特殊要求，采用PLAN21 為好，節能。在200°左右的時候就要考慮PLAN23 了，如圖3 所示。

PLAN23 原理示意

圖3 PLAN23 原理示意

3.1.3、PLAN32

　　用于含有固體顆粒或含有雜質的情況，適當的清潔器或冷卻器外部會提高密封的工作環境。甚至在非正常工況下( 如啟動或關閉) 外部沖洗也應是連續可靠的。應為外部沖洗液會從密封腔流入到被輸送的介質中，所以外部沖洗液也應與被輸送的介質相容。但PLAN32 能量消耗非常高，所以這種方案不推薦僅用與冷卻的情況。當采用沖洗PLAN32 時，也要考慮它對介質濃度的影響，如圖4 所示。

PLAN32 原理示意

圖4 PLAN32 原理示意

3.1.4、PLAN62

　　通過外部引入蒸氣為機封提供背冷。其缺點是蒸氣易沿軸向串入軸承箱，破壞軸承潤滑，污染軸承油，影響泵的正常運行。從外部對密封端面的大氣側引入沖洗液。沖洗液體可以是低壓流體、氮氣或清潔的水。這種方案用于單端面密封以排除氧氣的存在，防止焦化( 如高溫碳氫化合物的工況) 和沖走動態密封元件附件的不想要的物質( 如腐蝕性或含鹽的工況) ，如圖5 所示。

PLAN62 原理示