储运罐区石脑油泵机械密封改造

2018-04-21吕文明范建波周洪波柳念先马卫伟

中国设备工程 2018年7期

吕文明，范建波，周洪波，柳念先，马卫伟

(中国石油独山子石化公司，新疆独山子 833600)

目前石油化工生产装置中用量最大的泵是离心泵，据统计约占全部用泵的90%左右。而离心泵最常用的轴端密封形式为机械密封。由于石油、石化工业中泵送流体大多具有易燃、易爆、剧毒、污染严重等特点，机封泄漏后的介质泄漏，可能造成着火爆炸，人员伤亡，人员中毒等。单端面机械密封很难达到目前安全生产的要求，因此单端面机械密封改成密封性更好、安全性更高的双端面机械密封势在必行。

某石化公司乙烯储运车间4台石脑油泵是单机离心泵，设计参数见表1。现场流程设计为炼油新区的石脑油与来自乙烯裂解车间的C5，经过管道送入储罐（55-T-0001A～E）储存、切水后，通过石脑油泵（55-P-0001A/B/C/D）送至乙烯裂解车间,为3～4台裂解炉供应裂解原料（表1、图1）。从工艺作用可以看出石脑油泵能否长周期安全、平稳的运行，关系到整个乙烯装置能否平稳的运行。

表1 4台石脑油泵的设计运行参数

图1 石脑油泵工艺流程图

1 高危泵机封和系统的选型

根据设备的工况参数：介质为石脑油含硫化氢，温度常温，压力见下表2，参考高危泵密封选型方案选用带压双端面串联密封。两套密封芯间的密封腔压力高于介质压力，有效保证介质不会泄漏到大气中，提高设备安全性。

采用 PLAN11+53 的冲洗方案。此种方案适用于不允许输送介质泄漏到大气中的情况，通过现场压力源，保证封液压力始终高于密封腔压力，阻止密封介质的泄漏。

表2 机械密封冲洗系统压力分析

表3 新旧密封冲洗方案性能比较

压力源有几种形式：53A 使用现场的氮气源作为压力源，53B 采用蓄能器作为压力源，53C 采用增压缸引入介质侧压力作为压力源。

按照上表2“机械密封冲洗系统压力分析”，考虑氮气源管线的压力损失，减压阀与单向阀的压降，压力源一般需要高于封液压力0．1MPa。位号55-P-0001ABCD所需的压力源压力约为0．7MPa，而储运联合车间能提供的氮气源压力最高只能达到0．6MPa，因此现场氮气源不能满足密封使用要求，所以采用53B方案，利用蓄能器为系统提供足够的压力。4台石脑油泵55-P-0001A/B/C/D密封冲洗方案由原来的PLAN11+65改成PLAN11+53B的冲洗方式。

2 新旧密封冲洗方案的对比（表3）

3 机械密封改造

3.1 PLAN53B密封冲洗系统的原理

典型的PLAN53B 密封形式如图2所示，包括：气囊式蓄能器、散热器以及隔离液压力、温度测量监控系统。运行时，加压的隔离液通过泵内部的热虹吸原理进行循环，对密封副进行冷却、润滑，强制隔离输送介质，确保其不向外泄漏，蓄能器可起到维持隔离液压力的作用，弥补其轻微泄漏造成的压降，延长密封系统的维护周期。

应用API PLAN53B 密封形式的双端面机械密封的具体结构形式见图3。

3.2 机封、冲洗系统安装主要技术要求

图2 API PLAN53B 典型流程

图3 API PLAN53B 本次机封改造流程

（1）安装密封的轴的表面粗糙度不大于1．6μm，轴向窜动允差为0．2。（2）与密封端盖接触的泵腔端面与轴的垂直度允差为0．1，表面粗糙度不大于1．6μm。（3）换热器与蓄能器垂直放置，使密封腔的中心线与换热器中心线的水平距离小于1100mm并保持换热器底部至泵水平中心线距离在300～450mm。（4）为了获得热虹吸，必须减少封液从密封端盖至封液罐之间的管路输送流体的摩擦损失，所用配管尺寸应在1/2"或是5/8"以上，回路中使用的弯头必须使用大半径弯头。（5）为了确保管路系统工作正常，增强通过热虹吸实现的系统内封液的循环能力，由密封端盖至封液罐间的连接管应该有一个向上的每2cm/1m倾角。（6）回路中不要安装任何阀门，因其会导致流量减少，若隔离需要必须使用，建议采用球阀、闸阀，在系统正常使用过程中必须将这些阀门完全打开。

3.3 封液罐充液注意事项

（1）在往封液系统充隔离液前，打开与外设压力源相连的管路，用充气工具确保胶囊内的压力在封液系统压力的60%～70%，但应小于封液腔的压力，然后开始注入封液。（2）注封液过程中，将封液罐至密封腔的管路中所有阀门打开，打开换热器顶部的放气阀，确保管路充分排气。当封液注满后用手动补液泵继续补充，应能保证从放气阀溢出的封液中不含气体，压力表指针指示的压力达到要求的压力值后停止补液。然后检查整个密封冲洗系统有无泄漏。（3）封液系统压力调整好后再灌泵操作。（4）启泵前应将换热器的冷却管路介质接通。

4 开车调试

4.1 开车前注意事项

（1）机泵在试车前，必须对将运行的机泵进行充分热备，机泵盘车顺畅，特别在冬季试运时尤为重要，尽量减少热力冲击和机械应力冲击。（2）移走所有旁通管路、密封放泄管。（3）确保控制阀门、冲洗及急冷口正确、通畅。（4）启动前确保密封腔全排气并已通入封液。（5）设备运转前及运转过程中，机封LBO接口及LBI接口所在管线上的阀门必须全开，严禁密封干运转，否则将损坏机封。

4.2 系统调试检查

（1）检查并确定系统与泵、排气孔及报警信号装置连接是否得当，然后将通向排气孔或信号系统的阀门慢慢打开。（2）检查并确认系统与泵和蓄能器压力源连接是否得当，打开封液罐与蓄能器压力源之间的阀门，用手动加压泵调整封液罐内的压力，使其高于内密封介质侧压力1～2bar。应注意缓慢升压，并检查系统增压后的泄漏情况。（3）启动设备前，确保封液罐内达到规定压力值，并确认仪表压力远传在DCS显示正常。（4）检查循环管路是否畅通。

4.3 试泵运行

（1）将泵的入口阀打开，引入介质，在有一定静压下观察密封情况。（2）缓慢转动泵轴。观察密封有无泄漏。如出现较大的泄漏，则可能存在密封安装或其他方面问题，应拆开密封仔细查找原因，排除后重装。（3）如果情况良好，即可启动。对于冬季检修后的机泵，需按要求缓慢加温，待密封腔达到合适温度后才可启动。注意打开辅助系统阀门，使辅助系统良好工作。（4）启动泵初期，可能存在微小的渗漏，若渗漏逐渐减少后可正常使用，如果渗漏不断增加则说明有安装问题或密封问题，应停止运行，拆泵查找原因，重新安装密封。

5 验证

4台石脑油泵冲洗方案采用Plan11+53B。投用前将冷却水线、储液罐冲洗置换干净，开机后连续72小时对机泵密封系统进行监测，机泵驱动端和非驱动端机械密封的密封油出入口线温度稳定，储罐压力稳定在0．61MPa。机泵运行至今，机泵两侧机械密封未出现物料泄漏，密封油系统也未出现跑冒滴漏的现象，机泵振动在2．4mm/s左右，机泵运行稳定，机封改造成功。（图4、图5）。