丙烯回流泵机械密封故障原因分析

周 殿 莹

丙烯回流泵机械密封故障原因分析

周 殿 莹

（中国石油抚顺石化设备检测监理研究中心，辽宁 抚顺 113001）

机械密封故障大部分因安装、使用不当造成的，对设计缺陷的分析通常被忽视，通过对丙烯回流泵机械密封的故障分析，提出对设计缺陷的分析方法，改进措施等。

机械密封； 故障； 分析

1 设备概况

1.1 丙烯回流泵简介

丙烯塔回流泵是美国 ITT生产，制造标准为API610——2004。泵的型号为14×16-30B，泵的型式为BB2，额定功率为555.92 kW，电机功率630 kW，转速1 500 r/min，吸入压力1.83 MPa，出口压力2.65 MPa，介质汽化压力是1.792 MPa，介质正常温度为41 ℃， NPSHa6.47M，NPSHr5.53M，正常流量1678.2 m3/h，工作介质为丙烯，共两台泵，一开一备。

1.2 机械密封简介

密封为博格曼美国休斯顿生产的集装式机械密封[1]（见图1）。

该泵主密封的形式为 2CW－CW，为多弹簧平衡型机械密封，动静环为碳化硅烧结，表面硬化处理，冲洗方案PLAN 11；辅助密封平衡型机械密封，密封液为10#白油，密封冲洗方案为PLAN 52+62，密封标准符合API682—2004。

2 密封的故障现象及检查

2.1 故障现象

丙烯的相对密度是0.473，考虑介质特性及现场形式在际、用甲醇试车的现场操作难度大的实际情况，丙烯回流泵的试泵方案确定用实物料进行试车，因此在装置设备试车期间，介质为乙烯、丙烯等轻烃泵都没有试车。

2012年10月3日，在A泵首次试运检查时，发现在泵入口阀打开后，非驱动端机封压力报警，驱动端机封封液灌白油泄漏，然后就停机更换机封。更换机封后，再加封液灌白油时，发现驱动端机封白油泄漏，然后再次更换驱动端机封。

2012年10月10日，泵厂家在现场指导试运行，发现前后端机封泄漏严重，决定更换前后端机封，拆换机封时发现，机封动静环及内套损伤严重。在泵厂家指导下更换一套机封，试运转时，连续运转十个小时机封运行良好，但因为轴承箱内润滑油变质，切换到S泵。

2012年10月25日，由S泵切换到A泵时，在运转约5 min时，发现前后端机封泄漏，然后更换前后端机封。切换回S泵时，发现S泵非驱动端封液灌白油减少，添加白油时，发现机封泄漏严重，更换S泵非驱动端机封。

从2012年10月份到2013年10月份，丙烯回流泵的A泵运行时间只有一次运行到10 h，其余的10次修理试运时间，基本上在几分钟内密封泄漏，密封罐压力报警，密封罐看不到液位。

2.2 对设备的检查

对泵的振动检查，振值为 0.47 mm/s，满足ISO10816/GBT6075标准。

在现场对损坏的密封进行检查，密封端面的外缘损坏严重（见图2）。

从损坏的情况看，设备的对中存在较大的偏差，我们又检查了口环、轴承箱油封，发现两侧呈180°对角偏磨。这种现象证明了不对中偏差较大[2]，表1是对设备的机械密封腔内圆、泵体端面跳动的检查的结果。

依据数据及方向判断，从驱动端向非驱动端看转子整体偏右下方，并且转子呈驱动端高非驱动端低的倾斜趋势，转子与机壳不完全垂直。由于现场不具备进一步修理的条件，2013年9月，把泵送到上海ITT公司修理，重新进行对中。

对照API610第10版，厂家的安装标准略低，对设备的性能没有影响[5]。

2.3 机械密封的检查

由于现场没有专用的密封试压工具，只是利用PLAN52冲洗孔，对机械密封进行简单的试压检查，没有发现泄漏（图3）。

2013年9月把损坏的密封送到上海博格曼工厂进行检查，利用PLAN52的冲洗孔进行水压试漏，没有发现泄漏。由于这样试验不规范，决定加工试压工具后再检查。用专用工具试压时，不到0.2 MPa就发生泄漏，随即对密封进行解体检查，发现主密封冲洗口有过热现象、静环座（图1中序号6.1）的压痕不均匀、密封端面磨痕偏磨的现象。

3 机械密封故障原因分析

3.1 对操作的分析

丙烯回流泵的A泵没有正常运行过，而S泵的运行一直处在带病运行状态，密封罐的压力经常报警，现场处理一下，还可以运行。一开始，对密封故障分析主要放在操作上，首先是对制作参数的确认。如塔的液位、操作压力、塔釜的组成等，经确认与设计相符。在试车期间，塔的操作压力低于正常运行时的操作压力，经与厂家、设计院反复核实，对泵的操作没有影响。得出结论，工艺操作对密封运行没有影响。

3.2 设计图纸的分析

查看密封最终图纸，发现三个问题，一是密封罐的管道应是下进上出（在厂家的中间文件是下进上出），但现场是上进下出，这与API682标准不符[3]；二是PLAN11冲洗孔板的孔径为Φ3 mm，根据喉部衬套间隙核算，冲洗量可能不足，但厂家没有给出需要的冲洗量，现场把孔板直径扩大到Φ5 mm,密封的运行状态没有得到改善；三是按设计要求，密封面应是DLC涂层（表面硬化处理），但供货密封没有涂层。

3.3 对机械密封的分析

机械密封解体后，问题比较明显：

（1）主密封的静环偏磨，说明密封摩擦副的表面不平行，要么是泵对中不好造成的，要么是密封制造质量不好造成的，通过分析比对，认为这套密封的偏磨是因为静环座变形和泵不对中的共同作用下造成的。

（2）冲洗口有过热现象，说明原设计的冲洗量不足，丙烯经冲洗孔板节流后，减压气化，造成密封端面干磨[4]。冲洗的目的是把密封端面产生的摩擦热、旋转部件产生的搅拌热带走，同时冲洗密封面上附着的杂质、结晶物、聚合物等，保证密封的工作条件是在最佳状态[6]。由于冲洗的丙烯介质在密封腔中气化，导致了密封腔的温度上升、冲洗流量下降，使密封的工作条件进一步恶化。

（3）静环座的压痕不均匀，经确认是由于该元件变形导致的，这是密封损坏的主要原因。这说明该元件设计的强度不够，在泵引入介质时，该元件发生弹性变形，引起密封失效，不能满足工艺需要。

（4）PLAN52的密封罐的进出方向问题，通过分析，认为它只对密封的运行寿命有影响，但不是造成密封损坏的原因。

（5）密封表面没有DLC涂层，只是对密封的使用寿命有影响，不会对其使用产生破坏。即使没有涂层，在正常情况下运行半年应该没有问题，因些它不是密封损坏的原因。

4 结 论

通过以上分析，丙烯回流泵机械密封泄漏的主要原因是静环座的强度不够，造成受力变形，密封端面不能正常工作，导致物料进入泵体后发生泄漏；又由于泵对中偏差较大，与静环座变形叠加，使密封端面的外缘呈点接触，在启动泵时瞬间产生高温，导致密封面外缘损坏[2,4]。

通过这台泵的密封故障分析，认为泵的不对中，冲洗管路、表面涂层的问题，对这台泵而言，只能影响到密封的使用寿命，但不至于导致泵在进物料时发生泄漏、在泵启动时密封损坏。原密封的结构，在组装上比较方便，同时也降低了成本，但在强度上没有认真核算，出现了失误。

针对这些问题，对原密封进行改造，一是把PLAN11改为 PLAN23，增加静环座的强度，按API682的要求调整密封罐的进出口方向。二是增加节流环，提高密封腔的压力，目的保证密封冲洗进入密封腔不气化。

2013年10月份，丙烯回流泵使用新密封至今，运行平稳，没有出现任何问题。

［1］丙烯回流泵说明书[R].

［2］肖开学.实用设备润滑与密封技术问答[M].北京: 机械工业出版社, 2001-01:169.

［3］API682 用于离心泵和回转泵的泵－轴封系统 附录D[R].

［4］[美]海因茨.P.布洛克 F.K.盖特纳.实用化工厂机器管理（第二卷）[M].北京:化学工业出版社, 107.

［5］API610—2004石油、重化学和天然气工业用离心泵 25、附录K[R].沈阳水泵研究所、全国泵标准化委员会 ,翻译.

［6］胡国桢,石流,阎家宾.化工密封技术[M].北京:化学工业出版社, 396.

Cause Analysis of Mechanical Seal Failure of Propylene Reflux Pump

ZHOU Dian-ying
（PetroChina Fushun Petrochemical Equipment Research Center, Liaoning Fushun113008，China）

Most of mechanical seal failures are caused by improper use or installation, the analysis of design defects is often neglected. In this paper, through analysis of propylene reflux pump mechanical seal failure, an analysis method and improvement measures of design defects were put forward.

Mechanical seal；Failure；Analysis

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）05-1160-03

2015-03-12

周殿莹（1966-），男，辽宁抚顺人，助理工程师，1990年毕业于辽宁省石油化工学校化工机械专业，研究方向：从事设备管理工作。E-mail：fec-zhoudy@petrochina.com.cn。