200万吨/年蜡油加氢裂化装置进料泵密封改型

高仁鹏，李海林，朱狄，纳赛尔·热依木，吴长春

(1.中国石油独山子石化公司炼油厂加氢联合车间；2.中国石油独山子石化公司炼油厂经营管理处；3.中国石油独山子石化公司炼油厂机动处，新疆 独山子 833699)

200万吨/年蜡油加氢裂化装置以减压蜡油、焦化蜡油为原料，采用UOP公司的单段一次通过工艺流程，最大限度生产尾油（乙烯料）、航煤、柴油，同时副产轻烃气体、液化气、石脑油。操作弹性50%～110%，年开工时数8400小时。原料油泵采用垂直剖分筒型多级离心泵8WCC15-10，主泵由防爆电机和液力透平联合驱动，备泵由电机单独驱动；电机容量为2300kW，液力透平可回收功率约650kW，泵组国外引进。两台机泵一开一备，正常生产时主泵运行。

1 加氢裂化装置进料泵密封结构

200万吨/年蜡油加氢裂化装置进料泵P101所输送的介质为原料蜡油（焦化蜡油20%+减压蜡油80%），温度为140℃，出口压力为16．5 MPa，介质密度889kg/m3进料泵前采用原料油过滤器对原料油进行反洗过滤过滤精度为20um,反应进料泵8WCC15-10密封为进口密封，结构为单端面多弹簧集装式机械密封，如图1。密封结构采用PLAN23的冲洗方案，PLAN23冲洗方案是密封腔中的介质通过泵效环从密封腔中流出，经过油冷器再返回到密封中，形成自封闭循环,形成封闭的冷却回路，如图2。

图1 机械密封

图2 PLAN23的冲洗方案

2 加氢裂化装置进料泵密封失效原因分析

油冷器设计密封油温度进/出：149℃/70℃；循环油量：5 Ltr/min；循环水量：7 Ltr/min。实际监测油冷器密封油温度进/出105/90℃；循环水温度进/出30/31℃。由此可看出该PLAN23的冲洗方案根本没有起到任何作用。通过几次检修期间对进料泵密封的拆检，发现有以下几点问题重复出现，且现象基本一致，具体如下。

（1）密封压盖及轴套O型圈完好、无老化现象。且未发现从压盖或轴套内侧泄漏痕迹。

（2）密封动静环与轴套之间间隙处以及动静环密封垫片处有大量深黑色焦状物，但观察密封面并没有明显的磨损痕迹，由于进料泵入口有原料油过滤器，其过滤精度为20μm，工作运行状态一直良好，排除了进入异物的可能。由于介质温度只有140℃，该温度下不会结焦，从图3～7中可以看出初步判断是由于自冲洗冷却效果不好，导致密封动静环磨擦副热量累积造成结焦。

图3 动环垫片表面有明显结焦物堆积

图4 动环密封垫片内侧有结焦物

图5 动环表面有明显结焦物

图6 动静环结合处有明显碳化发黑现象

图7 静环内侧有结焦物堆积

通过以上情况分析，初步判断此密封失效的原因可能主要是以下两个原因造成：

（1）动静环密封垫片（掺25%玻璃纤维的聚四氟乙烯）密封效果差，易在波动情况下造成密封垫片泄漏，长时间微量泄漏后，由于热量无法带走造成结焦导致泄漏。

（2）由于密封磨擦副间产生热量过多，自冲洗冷却效果不好，造成动静环端面因热量累积，介质结焦导致泄漏。其中，动、静环密封圈采用的是橡胶O型圈（在内）和掺25%玻璃纤维的聚四氟乙烯垫片（在外）组合使用。聚四氟乙烯垫片与动静环端面靠均布的多弹簧推力（压缩量）来达到密封效果，密封结构示意如图8。

图8 密封结构示意图

图中标注处即为动、静环密封垫片及O型圈（1为橡胶O型圈，2为聚四氟乙烯垫片）。由于几次密封泄漏后拆解检查均在动、静环密封垫片处发现大量介质结焦碳化堆积现象，尤其以静环处为严重，可以初步得出结论，介质可能从动静环与密封垫片间泄漏。根据动静环端面介质结焦碳化堆积情况，由于该密封密封介质温度只有140℃，冲洗介质冷却后的冲洗温度在90～100℃之间，该温度下不会产生结焦，因此初步判断是自冲洗冷却效果不好，导致密封动静环磨擦副热量累积造成结焦。造成此原因可能由于泵效环的循环能力较弱、冲洗量较小。

3 加氢裂化装置进料泵密封及冲洗方案改型

为更好的解决密封摩擦副表面结焦的情况，与国内密封厂家研讨决定变更进料泵机械密封及冲洗方案。密封厂家设计该泵密封采用波纹管集装式机械密封（如图9），该密封密封特点：静止式克服设备轴不对中，耐高温，波纹管辅助密封保证绝对无泄漏，波纹管在大轴径下追随性更加可靠。动环密封端面采用国产无压烧结碳化硅，静环密封端面采用优质耐高温进口抗起泡石墨，辅助密封圈采用进口柔性石墨，弹性元件采用进口Inconel718，轴套/压盖采用国产316不锈钢，从密封材质上有了进一步升级。冲洗方案由目前的PLAN23变更为PLAN32（如图10），进料泵PLAN32系统用冲洗油由200万装置冲洗油压力控制阀前放空线引出，该冲洗油介质为轻柴油、重柴油或航煤（根据装置生产方案而定），冲洗油压力为0．8MPa，温度为25～50℃。更换密封冲洗方案，密封与泵的连接尺寸不必做任何改动，只需要稍微调整密封局部结构，把原先的PLAN 23方案的密封循环油出口堵死，泵效环结构改造为节流环结构即可，改造比较方便。

从外部引入干净的适宜流体注入密封腔，优点能够提供优质冲洗液，提高密封寿命。本装置的冲洗油为重柴油，作为加氢裂化工艺的产品油，其抗爆性能好，稳定性强，是优质的冲洗液，而且柴油流动性好，不会结焦，能够解决密封长期结焦的诟病；泵输送介质流量为220t/h，冲洗油进泵的流量为15L/min，工艺介质被稀释、影响介质组分的情况可以忽略，对泵的操作负荷影响也不大，因此，PLAN 32冲洗方案能满足工艺操作要求。

图9 机械密封

图10 API682 标准PLAN32冲洗方案图

4 加氢裂化装置进料泵密封检修情况分析

表1 2009年开工至今进料泵密封检修频率

表2 进料泵改造前密封配件的消耗情况

从表1可以看出，进料泵P-101A/B从开工至今因密封故障检修共12次。密封失效特点如下：故障前累计运行时间超过1年的1次，6个月至1年的2次，3个月至6个月的有2次，少于3个月的7次。关键机组的频繁切换，不但对机组本身产生了损失，也降低了机组的使用寿命。同时无论是检修人员还是车间技术人员都面临着压力。

5 加氢裂化装置进料泵密封改造前后经济性对比（表2）

该进口密封价格约为12万元/套，配件包约为8万元/套。开工至今5年共更换配件价格为密封消耗数量×密封单价+配件包消耗数量×配件包单价，13×12+6×8=204万元。改造后使用国产密封，价格为5万元/套，预计寿命12个月，全年检修费用5万元，预计5年内配件消耗25万元，不但大幅度降低了车间的检修费用，而且也减少了维护单位和车间技术人员的工作量。

6 结语

机泵的平稳运行是一个装置能安全、平稳、长周期运行的一个前提，加氢裂化装置反应进料泵的运行更是关键中的关键。反应进料泵是为整个生产提供原料，一旦进料泵出现问题，不但面临装置损坏，更会严重威胁到设备和人员的安全，这就要求我们基层车间的管理人员和操作人员，在日常的巡检当中要更加细心的检查进料泵的运行情况，各个参数出现异常变化要及时分析原因，并在最短的时间将问题消灭在萌芽状态,这样才可以保证装置安全、平稳、长周期运行。

[1]杨国安．机械设备故障诊断实用技术[M]．中国石化出版社，2010．

[2]顾永泉．机械密封实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2011,6-8,356-360．