乙烯装置盘油泵机械密封失效原因分析及处理

阚金峰 张清蕴

摘 要：E-GA153A/B盘油循环泵是乙烯装置的关键设备，工作介质为盘油，温度169℃，出口压力1.028Mpa，在开车期间多次出现大气侧机械密封泄漏，导致盘油系统的不稳定，制约着乙烯装置的开车运行；文章对其机械密封失效原因进行了分析，并提出了解决办法，收到了良好的效果。

关键词：盘油循环泵；机械密封；失效

1 概述

中沙（天津）石化有限公司乙烯装置盘油循环泵E-GA153（型号：3620 18x20-24-X）由美国ITT公司制造，BB2型双支撑双吸离心泵，其为急冷油塔DA151塔中部中质油回流泵；工艺作用是调节DA151急冷油塔塔顶、塔釜温度，其热量由工艺水系统换热带走；此外，盘油系统还肩负着为急冷系统提供冲洗油的作用。在乙烯装置试车期间，因其机械密封泄漏问题停车维修累计达6次，导致盘油系统的不稳定，严重制约着乙烯装置的开车运行。

2 E-GA153盘油循环泵机械密封使用情况

2.1 E-GA153盘油泵设计参数

介质条件：盘油

介质温度：169℃

比重：0.863

吸入口压力：正常0.31MpaG，最大0.75 MpaG

吐出口压力：1.03 MpaG

额定流量：3067m3

泵转速：1490rpm

2.2 E-GA153盘油泵机械密封使用情况

E-GA153盘油泵轴封选用的是约翰克兰公司604型双端面机械密封，即两套单端面波纹管机械密封"背靠背"组成，密封室把泵内介质和大气隔开，动环材料为碳化硅，静环为金属波纹管，辅助密封冲洗方案PLAN53A，缓冲液使用15#白油，缓冲罐氮气密封压力145PSI。此种双端面机械密封的两道密封摩擦副产生的热量全部由机封内部泵送环循环输送的密封液来进行冲洗冷却。其主要特点是低摩擦，高传热、符合API 610和API 682标准、平衡性较好，实现双补偿，可适应系统压力的骤升骤降。但操作程序较复杂，其必须先建立密封液位，加压，在进行灌泵，否则易造成系统反压，损坏机械密封波纹管。

E-GA153盘油循环泵在乙烯装置试车期间多次出现大气侧机械密封泄漏，造成设备停机检修，导致盘油系统的不稳定。

3 机械密封失效的原因分析

3.1 E-GA153盘油循环泵运行过程中机械密封情况监测数据见表1：

介质温度：100℃ 轴承振动均在2.8mm/s以内。

注：以上测量点均为不锈钢材质，测量均存在误差。

由表内数据可以看出：机械密封压盖温度达到78℃，白油回流管道温度达到97℃；机械密封非驱动端温度比驱动端温度要高近20℃。

结合现场实际情况，我们认为白油罐冷却水盘管换热效果差，进水回水温差小；冷却水线进水共4路，其中2路冷却轴承箱，2路冷却白油罐，且轴承箱冷却水线为直段翅片管，压降较小，白油罐冷却水线为盘管，进出白油罐的水线有一段缩径管，压降较大，导致进水直接从轴承箱冷却水线回水，白油罐进水压力较低，具体表现为白油罐油温过高。

3.2 损坏的机械密封解体检查情况

我们对损坏的机械密封进行了解体检查，解体检查情况见附图；从解体检查情况看，波纹管组件等未见损伤，从图3、4看密封面磨损轻微，但有结焦的现象发生，结焦物易对滑动件发生阻扰，并阻止密封面磨损时的随动，密封的轻微外漏应该与结焦有关。

3.3 机械密封的失效原因分析

E-GA153盘油循环泵输送介质温度较高，达到169℃，密封冲洗方案选用的又仅是PLAN53A冲洗方案，导致机械密封运行过程中温度过高，冲洗回油管线温度最高达到92℃，温度升高，使密封端面间液膜易汽化，磨损加剧；温度升高使动静环产生热变形，密封泄漏量增大。同时，在拆检机械密封过程中，发现大气侧机封动环两侧结有大量的硬质焦，这些结焦物是由于输送急冷油温度高，机械密封在运行过程中缓冲液（白油）温度达到80℃，高温白油遇大气发生结焦积炭，这些坚硬的焦粒会随着设备运行时间的增长而在大气侧机封动环密封面累积，逐渐损坏密封面，最终造成大气侧机封泄泄漏。由于原设计中没有PLAN62冲洗方案，没有预留口，无法使用氮气冲洗隔离，白油结焦和压盖温度高的问题无法得到缓解，多次由于大气侧机械密封外漏严重造成停车检修，现场被迫采用临时措施，从公用工程接氮气胶管至密封处进行冷吹。

4 E-GA153盘油循环泵机械密封的改造

为保证盘油系统的稳定运行，我们决定对 E-GA153盘油循环泵机械密封进行技术改造，以消除盘油循环泵运行过程中存在的隐患。我们与约翰克兰（天津）科技有限公司进行合作改造，共同探讨E-GA153盘油循环泵机械密封的技术改造放案。

通过上述的分析，以及实际运行中存在的问题，我们认为应将E-GA153盘油循环泵机械密封冲洗方案由现在的PLAN53A方案改为PLAN53A+PLAN62方案。经过核实原机械密封设计图发现，原机械密封设计在结构上没有预留PLAN62接口，无法直接配管接氮气冲洗，要在原基础上增加PLAN62方案需重新加工机械密封压盖，更换机械密封轴套，现场从公用工程站配制氮气管线引至机械密封压盖，使用氮气来隔离大气，冷却机封；同时，对原冷却管线进行改造，使其流通通畅。按此改造思路，对原机械密封的部件由翰克兰（天津）科技有限公司进行重新设计并加工制造，改造后，利用检修机会，进行了现场实际应用。

5 改造效果

2010年6月，我们将加工改造后的机械密封安装在E-GA153A盘油循环泵上试运行，经过改造的机械密封使用正式的氮气吹扫，避免了大气侧机械密封因白油结焦损坏，同时，通过冷却管线的改造，降低了机械密封的运行温度。E-GA153A盘油循环泵从改造后开车至今已经运行一年多了，机械密封始终处于良好的运行状态，保证了乙烯装置盘油系统的稳定，为乙烯装置的安全、稳定、长周期运行提供了坚实的保障。

另外，通过改造，大大降低了E-GA153盘油泵的维修成本，此种集装式双端面机械密封为美国进口，价格昂贵，每套达几十万元人民币，改造后，运行周期大大延长，节省了大量的维修费用，收到了良好的效果。

参考文献

[1]胡国桢.化工密封技术[M].化学工业出版社，1990，9.

[2]顾永泉.机械端面密封[M].石油大学出版社，1994，12.

[3]顾永泉.流体动密封[M].中国石化出版社，1990，8.

作者简介：阚金峰（1981-），现任设备管理部区域经理，主要从事设备管理工作。

张清蕴（1973-），现任设备管理部区域经理，主要从事乙烯装置设备管理工作。