石油化工行业高危险介质输送泵机械密封改造

2017-08-10

中国设备工程 2017年15期

关键词：液膜O型国产化

（中国石油独山子石化公司乙烯厂烯烃一联合车间，新疆独山子 833600）

秦涛，姬小鹏，崔超，严慧玲

（中国石油独山子石化公司乙烯厂烯烃一联合车间，新疆独山子 833600）

本文主要介绍独山子石化公司乙烯厂烯烃一联合车间高危险介质输送泵溶剂回收塔底外送泵（20-P-1006）机械密封改造的经验，通过此次机械密封的改造，延长了机械密封的使用寿命，实现了备件国产化，降低了设备维护费用。

离心泵；高危险介质；国产化；机械密封；冲洗方案

中国石油新疆独山子石化公司乙烯厂芳烃装置溶剂回收塔底外送泵（20-P-1006）为嘉利特荏原泵业有限公司生产的单级双支撑离心泵。该泵输送介质为高危险介质贫溶剂环丁砜，介质温度175～180℃、高毒。介质如果外漏，对操作人员健康及作业环境危害极大，因此对机械密封可靠性要求较高。

1 原机械密封结构

该泵原配套机械密封为福斯公司生产的无压串联接触式机械密封，冲洗方案采用API 682 Plan21+52，密封介质为工业白油，具体结构如图1所示。该泵在使用过程中由于机械密封冲洗液（所输送介质）冷却器换热盘管经常堵塞，造成冲洗液无法达到预设的冷却温度，高温的机械密封冲洗液在机械密封内气化，使动静环干磨，机械密封使用寿命无法达到2万小时。另外，该泵机械密封需要进口，价格十分昂贵，单套备件价格在20万元左右（散装），并且采购周期较长，给工艺安全生产带来重大隐患，所以为了保证装置连续平稳生产，我们决定对该泵机械密封进行国产化改造。

图1 原机械密封结构图

2 原进口机械密封失效原因分析

根据该泵解体检修情况来看，机械密封失效的原因主要有两点，动密封失效和静密封失效，由于该机械密封静密点都选用的是O型圈密封，虽然在该泵上也发生过两次O型圈选用不当导致密封失效，但是静密封泄漏的可能性相对较小，密封原理也简单，只要O型圈材质选用得当，尺寸合适，安装精准，一般情况下也不会导致密封失效，本文就不再细述，只是强调一点，在选用O型圈时一定要考虑在不同工况及温度下密封槽和O型圈的膨胀量以及输送介质对O型圈的腐蚀性。

该泵动静环密封面磨损是该泵机械密封失效的主要形式，损坏原因主要有以下两个方面原因。

（1）第一道主密封端面冲洗介质为该泵输送的环丁砜溶剂，该物料饱和蒸汽压较低，并且物料温度较高，高温下很容易汽化，采用API 682 Plan21+52方案冷却，冲洗冷却器负荷就非常大，循环水侧换热器盘管很容易结垢，而结垢后换热效果变差，导致冲洗介质不能充分冷却，十分容易汽化。另外，主密封为接触式机械密封，密封运行过程中动静环端面直接接触，易产生大量的摩擦热而使端面温度显著升高，促使端面间液膜汽化而发生相变，由液相变成汽相，而此时正好冲洗冷却介质没有充分冷却，再加上冲洗介质饱和蒸汽压较低，端面间液膜汽化无法避免，密封端面间不能形成一个完整的液膜，动静环端面直接干磨，损坏加速。

（2）第二道副密封冲洗油无法建立可靠的循环。该泵机械密封冲洗方案采用API 682 Plan21+52，副密封冲洗介质无强制循环，仅靠热虹吸作用起提供动力使密封冲洗油（工业白油）循环起来，热虹吸效果与液体温度差、黏度关系甚大，液体温度差越小，循环动力越弱。新更换的机械密封，在使用初期，由于动环和静环的密封面处于磨合期，端面磨擦产生的热量较多，热虹吸推动力较强，可以形成稳定的循环，机械密封尚运行稳定。机械密封磨合使用一段时间后，端面摩擦减小，产生的热量也随之降低，密封介质的温度差明显降低，热虹吸效果减弱，密封冲洗介质循环量变小。密封冲洗介质循环量减少到一定程度，可能会出现断流，而副密封动静环密封面也属于接触式密封，断流后动静环密封端面缺少了密封冲洗油，瞬间摩擦加剧，此时用听诊器听机械密封处可听到明显的间断性摩擦尖叫声，机械密封损坏非常快。

介于以上原因，我们决定对该泵的机械密封及冲洗方案进行改造。

3 机械密封国产化改造

进口机械密封价格十分昂贵，所以在此次改造中为了降低设备维护费用我们决定使用国产机械密封，经过对国内多家密封件制造厂家的技术咨询、对比，避免以上问题再次影响机械密封使用寿命，最终我们选定了东营海森密封的改造建议。

东营海森公司提供的改造方案为汽液膜串联机械密封，如图2，内侧主密封采用液膜密封，外侧二级密封采用气膜密封，冲洗方案采用Plan72+75，如图3，采用此方案有以下特点。

图2 改造后的汽液膜串联机械密封

图3 改造后的密封冲洗系统

（1）介质侧第一道密封采用液膜密封，密封端面由原来的平端面改为弧形槽式结构，改进后的密封结构可以形成稳定的液膜，高压侧的密封介质依靠泵出口高压送至密封端面，由于端面间的弧形槽式结构，密封端面流体模压增加，密封处的液膜处于稳定工作状态，避免了不稳定的汽膜形成。另外，该结构可以使流体动压效应增强，动静环之间的开启力增大，可以实现非接触式密封，密封稳定性及寿命明显提高。

（2）第二道副密封采用外径开槽的螺旋槽气膜密封，通过螺旋槽可以把少量缓冲气体带入密封端面之间，实现非接触式密封，虽然有少量的密封氮气排向火炬，但是密封氮气的泄漏是微量的，也是必需的，因为密封端面的微正压可以防止火炬气倒串，阻止外粒界颗物进入，保护密封端面的洁净。

（3）第一道和第二道密封之间采用迷宫密封，可以减少介质的逸出，密封泄露的微量介质也随密封气一起排向了火炬，保证介质不向环境泄露。另外也采用了双密封结构，主密封一旦失效，外侧第二道气膜密封可以作为备用密封，防止介质泄漏至大气。

(4)密封气由系统管网的洁净氮气经过过滤器进一步过滤，再经过压力调节阀减压稳压之后，为副密封提供密封气体，可以保证副密封端面稳定的气膜。另外，该密封气体也为主密封提供一定背压，密封氮气和主密封泄漏的介质一起排入火炬线，当主密封泄漏量增大，排放量超过设定之后会立即报警，这样以便技术人员及时发现，并进行处理。