煉化裝置熱油泵機(jī)械密封改造
對熱油泵機(jī)械密封泄露進(jìn)行了分析，介紹了機(jī)械密封原理；通過機(jī)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(yùn)行平穩(wěn)，達(dá)到了預(yù)期效果，確保了裝置的安全生產(chǎn)。
1、前言
中石化股份天津分公司煉油部聯(lián)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(dǎo)致機(jī)泵檢修頻繁，特別是常減壓裝置的減二線泵P202 曾在3 個(gè)月內(nèi)更換密封14 套，蠟油加氫裝置分餾塔底泵P206 每3 個(gè)月就要更換密封1 套，最嚴(yán)重的是2010 年10 月9日發(fā)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(jìn)料13h，不僅給裝置的安全生產(chǎn)造成了重大威脅，而且還造成了經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。為保證裝置的長周期安穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合中石化總部下發(fā)的關(guān)于“切實(shí)做好高溫油泵安全運(yùn)行的指導(dǎo)意見”，同時(shí)對密封泄露的原因進(jìn)行分析，調(diào)整密封沖洗方案對熱油泵機(jī)封進(jìn)行改造，以提高機(jī)械密封的安全系數(shù)，保證裝置的安全生產(chǎn)。
2、機(jī)械密封簡介
2.1、機(jī)械密封基本原理
圖1為機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)，常用于離心泵、離心機(jī)、反應(yīng)釜、壓縮機(jī)等設(shè)備，軸和設(shè)備腔體間存在一個(gè)圓周間隙，設(shè)備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設(shè)一道阻漏裝置。因機(jī)械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。
圖1 機(jī)械密封的基本結(jié)構(gòu)
2.2、機(jī)械密封泄漏點(diǎn)
機(jī)械密封泄露部位共有4 處:
(1) 摩擦端面泄漏點(diǎn)，依靠彈力和介質(zhì)壓力保持貼合( 動密封點(diǎn)，兩個(gè)摩擦副之間有相對轉(zhuǎn)動) ；
(2) 補(bǔ)償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實(shí)現(xiàn)密封( 靜密封點(diǎn)，密封圈與軸或軸套之間有微動) ；
(3) 非補(bǔ)償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實(shí)現(xiàn)密封( 靜密封點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)。
2.3、熱油泵機(jī)械密封泄露原因分析
離心泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中突然泄露少數(shù)的原因是正常磨損或已達(dá)到使用壽命，而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護(hù)不當(dāng)引起的。主要原因:
(1) 抽空、氣蝕或較長時(shí)間的憋壓，導(dǎo)致密封損壞；
(2) 對于泵實(shí)際輸出量偏小，大量介質(zhì)形成泵內(nèi)循環(huán)，熱量聚集，引起氣化，導(dǎo)致密封失效；
(3) 回流量大，導(dǎo)致吸入管側(cè)容器底部沉渣泛起，損壞密封；
(4) 長時(shí)間停運(yùn)，重新啟動時(shí)沒有盤車，摩擦副引粘連而損壞密封；
(5) 介質(zhì)中腐蝕性、聚合性、結(jié)焦( 膠) 性物質(zhì)多，使密封失效；
(6) 環(huán)境溫度變化；
(7) 工況變化頻繁或調(diào)整幅度較大；
(8) 突然停電或故障停機(jī)。
下面介紹2 個(gè)現(xiàn)場實(shí)例:
(1) 波紋管結(jié)焦、積碳，失去彈性，不能補(bǔ)償
在常減壓裝置內(nèi)熱油泵的操作溫度一般在200 ～ 400℃之間，其中減二線泵曾經(jīng)在半年內(nèi)更換14 套機(jī)械密封。我們在拆檢現(xiàn)場實(shí)際泄漏的機(jī)械密封元件時(shí)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)是波紋管上結(jié)焦嚴(yán)重，完全粘死，沒有彈性，致使波紋管失效，更嚴(yán)重的造成摩擦副接觸面磨損嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)裂紋。原因分析：減二線泵操作介質(zhì)輕質(zhì)蠟油，操作溫度溫度220 ～ 230℃，其中硫含量3. 0wt%，減二線油殘?zhí)亢浚?. 1 PPM，設(shè)計(jì)密封沖洗沖洗方案為P21。首先，從表面上看機(jī)械密封肯定是在高溫下泵運(yùn)行介質(zhì)結(jié)焦、積碳，從而使波紋管被硫化物、膠質(zhì)等雜質(zhì)塞滿，失去彈性，極易造成摩擦副進(jìn)入雜質(zhì)造成端面磨損，出現(xiàn)泄漏。其次我們分析認(rèn)為是P21 方案的冷卻沖洗系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，拆除密封油冷卻器發(fā)現(xiàn)，冷卻盤管結(jié)垢嚴(yán)重，造成不能冷卻好密封油，導(dǎo)致自沖洗封油溫度高，摩擦副間的熱量不能及時(shí)帶走，致使介質(zhì)在密封的波紋管上結(jié)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(tǒng)選用的是P21 + P62 沖洗、冷卻方案。此方案在實(shí)際應(yīng)用中，總體感覺不是很好。此泵操作介質(zhì)為精制加氫蠟油，介質(zhì)品質(zhì)較好，操作溫度在330 ～ 340℃之間，由于密封系統(tǒng)的冷卻器極容易結(jié)垢，造成冷卻不好，導(dǎo)致摩擦副的溫度不能及時(shí)降低，致使波紋管材質(zhì)受高溫影響失活，使機(jī)械密封泄漏，最后的結(jié)果是3 個(gè)月就要更換1 套機(jī)械密封，明顯可以看出是受高溫的影響。
3、熱油泵機(jī)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(zhì)由泵的出口經(jīng)冷卻器降溫后，再進(jìn)入機(jī)械密封，實(shí)現(xiàn)對密封的冷卻。適用情況：介質(zhì)溫度高于110℃和清潔介質(zhì)。PLAN21 原理如圖2 所示。
圖2 PLAN21 原理示意
3.1.2、PLAN23
密封配備了一個(gè)內(nèi)部循環(huán)設(shè)備以使密封腔中的流體通過一個(gè)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(jìn)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(jié)或高粘度的流體PLAN23 比PLAN21 換熱能力更強(qiáng)。在120°左右的時(shí)候，如果沒有特殊要求，采用PLAN21 為好，節(jié)能。在200°左右的時(shí)候就要考慮PLAN23 了，如圖3 所示。
圖3 PLAN23 原理示意
3.1.3、PLAN32
用于含有固體顆�；蚝须s質(zhì)的情況，適當(dāng)?shù)那鍧嵠骰蚶鋮s器外部會提高密封的工作環(huán)境。甚至在非正常工況下( 如啟動或關(guān)閉) 外部沖洗也應(yīng)是連續(xù)可靠的。應(yīng)為外部沖洗液會從密封腔流入到被輸送的介質(zhì)中，所以外部沖洗液也應(yīng)與被輸送的介質(zhì)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(dāng)采用沖洗PLAN32 時(shí)，也要考慮它對介質(zhì)濃度的影響，如圖4 所示。
圖4 PLAN32 原理示意
3.1.4、PLAN62
通過外部引入蒸氣為機(jī)封提供背冷。其缺點(diǎn)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(yùn)行。從外部對密封端面的大氣側(cè)引入沖洗液。沖洗液體可以是低壓流體、氮?dú)饣蚯鍧嵉乃＿@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?xì)浠衔锏墓r) 和沖走動態(tài)密封元件附件的不想要的物質(zhì)( 如腐蝕性或含鹽的工況) ，如圖5 所示。
圖5 PLAN62 原理示意
3.1.5、PLAN53
利用壓力大于工藝流體和大氣壓力的阻隔流體注入密封室中，由于阻隔流體壓力大于工藝流體壓力，防止了工藝流體向阻隔流體的泄漏，從而有效地防止工藝流對大氣和環(huán)境的污染，如圖6所示。
圖6 PLAN53
技術(shù)要求：(1) 阻隔流體壓力至少比密封腔壓力高0.1 ～ 0.2MPa。(2) 阻隔流體須清潔，潤滑，且和介質(zhì)相溶。(3) 阻隔流體的流向應(yīng)與軸的旋向相同。適應(yīng)場合：易結(jié)晶或固化的介質(zhì)；易聚合介質(zhì)；常溫含顆粒的介質(zhì)。
5、結(jié)語
采用串聯(lián)密封或雙端面密封后，效果明顯，不僅降低了熱油泵密封維修的頻率和維修人工成本，以及因檢修造成的材料損耗費(fèi)用，同時(shí)節(jié)約了部分蒸汽耗量，更重要的是將熱油泵因機(jī)械密封泄露發(fā)生事故的幾率降到了最低，保證了裝置的安全長周期運(yùn)行和現(xiàn)場操作人員的人身安全。
