渣油原料泵密封泄漏原因分析及改造

刘廷玉

1 前言

某石化企业渣油加氢装置有2个系列，使用3台渣油进料泵，其中1台为两系列的共同备用泵，该泵为BB5系列，配置进口的双端面密封。

2014年6月23日巡检时发现PLAN54系统油站油箱中的导热油变黑，在6月24日A位号泵非驱动端机封发生了外漏，泄漏出来的介质颜色已经变黑，证明封油系统已经被污染，泄漏的渣油已进入到封油系统。6月24日至7月10日这3台泵密封轮流出现了泄漏。

2 密封泄漏现象及密封解体检查

3台渣油进料泵密封频繁泄漏，从泄露部位可知，均为驱动侧密封发生外漏；从泄漏量来看，开始泄漏量比较小，接着逐渐变大，直至最后呈喷射状泄漏；从运行时间来看，更换的密封运行时间较短，有些密封甚至运行时间不到10 h就发生喷漏；从泄漏的介质来看，都是被渣油污染了的封油，且温度已超过100 ℃。为彻底查清密封泄漏原因，避免该泵经常发生泄漏故障，对更换的密封进行解体检查，并对密封系统进行拆检。发现有以下现象：

（1）外密封腔体结焦比较严重。被污染的封油充满了外密封腔体，导致外密封腔结焦。

（2）介质端波纹管的外侧结焦，内侧未结焦；大气端波纹管内外侧都已结焦。

（3）密封大气端静环（波纹组件）端面结焦。

（4）轴套部位也有结焦。

（5）封油管线上的单向阀阀芯结焦。

根据密封解体及系统检查情况，可以确定介质端密封发生了泄漏，由于封油压力没有封住泄漏的渣油，从而使泄漏的渣油进入封油系统，直接导致封油系统受到污染。混有渣油的封油系统，通过冷却后再次进入密封外腔体，致使密封内、外端的波纹管产生结焦，密封动静环端面结垢，波纹管的补偿能力减弱或失去弹性，造成大气端的波纹管密封从渗漏到滴漏直到最后封油呈喷射状泄漏。

3 泄漏原因及试验分析

该泵采用PLAN54+61冲洗方案，运行关键参数见表1,PLAN54运行关键参数见表2。

表1 渣油泵运行关键参数

表2 PLAN54运行关键参数

封油压力理应高于密封腔的压力0.1～0.2 MPa，如果发生泄漏，正常情况下，只可能会有2种情况：（1）封油内漏，跟随介质进入泵体；（2）封油外漏，则观测到泄漏的是系统中的封油。这2种情况都不会污染密封冲洗油系统，而导致恶性泄漏发生。根据现场拆检的实际情况，密封泄漏的原因是由于介质（高温渣油）进入密封腔造成波纹管结焦，密封面结垢，密封冲洗油系统温度升高，密封面冷却不足，端面散热差，从而引起机械密封失效。由于封油的压力（进密封腔体的就地压力表显示为0.82 MPa）高于密封腔的压力，密封腔没有设置就地压力表，但对于BB5型泵的密封腔压力为泵入口压力0.45 MPa［1］，发生介质泄漏到密封系统只可能是密封系统失效。为此，针对密封系统进行了2个试验。

3.1 试验确定密封腔体的压力

密封腔体的压力由该泵入口压力和平衡管确定，该泵没有设置入口就地压力表，根据该泵的工艺流程，其介质虑后原料油从反应塔顶过来，塔顶的压力为0.38 MPa，塔顶到该泵高度差约12 m，则泵实际入口压力理论值应约为0.5 MPa。密封腔的压力由泵入口压力与平衡管压力共同决定［2～11］，粘稠的渣油在低温时容易粘住平衡管，造成平衡管堵塞。由于平衡管在泵底部，施工空间狭窄，拆装困难。通过拆开泵两端密封，在驱动侧密封腔引入低压氮气，通过监测非驱动侧氮气量的大小，检查平衡管是否有堵塞，进一步确认了密封腔压力。实际试验时，驱动侧引入0.6 MPa仪表风，在非驱动侧监测到约有0.3 MPa的压力，证明平衡管没有堵塞，密封腔压力正常。

3.2 试验确定密封冲洗油在密封腔内的压力

PLAN54系统的密封油经过入口流量计、压力表、单向阀，进入密封腔进行冲洗冷却后再通过出口单向阀、孔板回到冲洗油站。该泵运行过程中检查冲洗油管入口压力表指示为正常（0.8 MPa），由于冲洗油回油管经过孔板直接回油箱，没有设置压力表，故不能判断密封冲洗油压力在密封腔是否有足够的压力，因此需通过试验确定密封冲洗油在密封腔的压力。将原来密封冲洗油回油管线上单向阀改装成压力表，将新密封装好后，泵入口阀关闭，打开密封油进油阀，检查压力表压力。

（1）当孔板孔径为6 mm时，压力P1=0.85 MPa，压力 P2=0.2 MPa

（2）当孔板孔径为4 mm时，压力P1=0.85 MPa，压力 P2=0.4 MPa

（3）当孔板孔径为2.7 mm时，压力P1=0.85 MPa，压力 P2=0.8 MPa

根据2次试验结果，密封腔体的压力正常，如果泵入口压力发生波动时，密封腔体的压力也会随着波动。而当密封油回油管孔径为6 mm时，密封油在密封腔体的压力小于密封压力。高压侧密封一泄漏，介质渣油就会窜入封油系统，进而对封油系统进行污染，低压侧密封由于介质在密封面结焦而泄漏。

4 处理措施

4.1 置换密封冲洗油

虽然封油系统已经被污染，由于3台泵共用一个冲洗油站，装置在运行过程中，不能将原料油泵停机进行清洗油站，只能采取置换冲洗油的办法，即先将油箱中受污染的冲洗油抽到一个比较低位置，但是不会影响密封冲洗油泵的正常运行，然后再加注新的46号透平油，每次置换油前，在油过滤器进行采样静置，以便进行油品分析，通过分析，多次进行置换新油。

4.2 密封油管线吹扫

由于受到渣油污染的密封冲洗油在密封冲洗管路中流动，导致冲洗管线部分地方结焦，密封油运行不畅。在更换密封过程中，在密封回油箱法兰处、进密封腔位置加设临时盲板，将所有的密封冲洗管线、单向阀阀座使用蒸汽进行吹扫。

4.3 密封冲洗油孔板、单向阀改造

在检查了密封冲洗油的进油流量、压力后，拆除了密封油管线上的所有单向阀，且将机械密封封油回油孔板P-102A改为3.0 mm、P-102B改为2.7 mm、P-102C改为2.5 mm，确保了单路供油设计值为10.5 L/min。同时增加密封腔压力监测表，随时监控密封腔体的压力。

4.4 增加PLAN62密封方案

渣油进料泵密封方案只选用PLAN54方案可能不完善，从密封拆检情况看，前密封面较好，后密封面有不同程度磨损、结焦，是密封失效的主要原因。增加PLAN62密封方案，能够有效防止后大气端波纹管内部结焦，保证密封长周期运行。

4.5 增加冲洗油箱冷却

由于密封油回油温度超过设定值，说明双端面机械密封在运行过程中产生了较大的热量，如果回油温度较高，说明密封冷却效果不好，另外密封系统提供的冷却器效果不好。对此，通过在密封油箱上面增加一条冷却水线直接对密封油箱进行冷却，用以降低密封油温度，增大冲洗效果。

通过对该系统进行了以上改造后，目前该泵运行良好，并且密封腔压力以及密封油系统压力都可以随时查看。

5. 结论

（1）必须准确控制密封油压力。因为一般PLAN54系统是供多台泵多套密封使用，一旦系统受到污染，将有多套密封受到污染，引起密封泄漏，而且密封系统油箱没有备用，装置不停，则不能进行置换，故不能彻底清理干净，为泵、装置长周期运行带来了隐患。

（2）保证密封冲洗油的连续性。密封油入口设置单向阀是为防止渣油介质大面积泄漏时，反窜入密封系统，造成密封系统的污染，但如果单向阀发生卡涉或卡死，则会引起密封油中断，PLAN54就会失效，因此单向阀的选择必须要合适，或者不要单向阀。

（3）要求该方案的操作平稳，尽量避免入口压力有较大的波动，要维持密封油压力与密封腔压力的差值为正值。由于泵的长时间振动超标或者泵短期剧烈振动，对密封使用寿命或运行状态影响比较大，要防止抽空，避免汽蚀。

（4）对于关键的几台泵使用PLAN54时，为防止出现的意外情况，可适当增加一个备用油站，以便在紧急状态下可隔离出来进行彻底清扫。

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