油浆泵机械密封泄漏分析及处理措施

谢雪刚

（中国石油化工股份有限公司九江分公司，江西九江 332000）

1 石油化工工程案例

某石油化工企业的催化裂化装置是由当地中石化直属研究院严格执行行业标准所设计的，该装置的分馏单元为原料油裂化单元的补给单元。该装置的油浆泵型号为P-1210A，分馏塔型号为T-1210。底油浆既是中间环节的半成品，也是特殊环节的生产原料。底油浆经冷却凝固处理后，作为半成品进行输出。该输出环节的升压泵由2 台主机泵构成，其中一台用于提供运行动能，另一台属于备用装置，以备在突发状况下补给动能。需要格外注意的是，电机与升压泵置于同一基座，能够实现整体安装，降低了安装难度。

2 油浆泵机械密封泄漏过程

2.1 油浆泵机械密封泄漏检查与处理过程

2013 年4 月中旬，接到石化生产任务后，运行二部正式推行三班连倒模式。21：00 催化裂化装置外操员进行外部巡检。22：20—22：30，催化裂化装置外操员对各个分馏单元实行巡视检查。需要格外强调的是，随着石化生产进程的深入，各时间段的巡检内容不同。该阶段的重点巡检内容主要包括检测机泵体表温度、振动频率、运行压力与油位变化情况。22：40 发现油浆泵机械密封泄漏。巡检员第一时间与内操员和班长取得联系，如实反馈现场概况。班长赶往现场后，发现机械密封处油浆泄漏，当即暂停油浆泵，封闭机泵出入口。次日凌晨2：00，催化裂化装置外操员开始吹扫隔离泄漏机泵。6：30 作业结束，拆解检查泄漏机泵。

2.2 机械密封装置拆检过程

该油浆泵机械密封装置有独立的应用程序编程接口，与控制中心站直接相连，极大保证了驱动与反馈的时效性。在确保机械密封装置具备解体条件的前提下，拆卸单级悬臂离心泵，逐一检查各零配件的完整性、灵敏性与制动性。检查过程中外操员发现机泵外壳体与静环之间，密封动环与轴套之间，均存有少量焦化颗粒。但是，密封动环表面光滑平整，无明显异样。根据机械密封装置拆检结果可知，内体主零配件没有明显泄漏点。

3 油浆泵机械密封泄漏的原因

机械密封失效的原因是设计不合理、安装不达标、维护不到位，且机械密封本体原因与辅助密封冲洗系统故障也不容忽视。油浆泵所用的机械密封形式多样。但无论是哪种机械密封形式，泄漏点都集中在如下部位：机泵外壳体与机泵密封部位的端盖之间；机泵密封动静环之间；机泵动环与轴套之间；机泵颈环与密封座之间；机泵泵轴与轴套之间。油浆泵机械密封失效的原因可划分为直接原因和间接原因。

3.1 直接原因

该油浆泵使用的是PLAN32 冲洗方案。通过全面审查设备零配件供应商提供的材料质量合格证明文件以及整体装置装配质量验证报告可知，其符合美国石油协会API 682—2014 标准，而且，整体装配标准领先于行业水平。

对于油浆泵来说，选择合理的冲洗介质至关重要。由于石化生产环节常压蒸馏残留的重油组分分子量大、沸点高，且高温条件下易分解，极易导致馏出的产品变质，甚至产生焦化颗粒，降低成品产量与质量等级。因此，会通过降低蒸馏压力的方式，调整蒸馏原料油的沸点，提升轻质组分摄取量。由此，该装置的冲洗介质采用减压蒸馏塔所适用的二线蜡油。同时，进入催化密封缓冲罐的油温需要控制在120～150 ℃。

蜡油经催化密封缓冲罐进入冲洗部位后，自体温度会迅速下降，在物理学机制影响下，与泵体内介质温度保持一致。若蜡油温度降低至80 ℃左右，会大幅削弱流体性能，变得异常黏稠。处于这种物理状态下的蜡油会凝固在密封弹簧部位，影响密封弹簧的制动性能。在石化生产过程中，如果密封环失效或调整不及时，极易导致密封面出现泄漏点。

由此可知，针对原本持续运转时间较长，拆检后零配件无明显破损的油浆泵，应重点分析工艺系统。

3.2 间接原因

P-1210A 密封冲洗油进入油浆泵前，经内操员现场测试可知，约有50 mm 的管道无伴热。P-1210A 为凯士比机泵设计有限公司设计。该油浆泵设计参数：流量35 m3/h，扬程70 m。该油浆泵的叶轮规格较小且密封腔狭窄，极易使蜡油凝固聚集。

3.3 管理原因

针对油浆泵密封泄漏问题，机械设备管理不到位也是一大因素。使用蜡油作为冲洗液时，内操员的低温介质泵的风险意识不足，其设备管理技术不符合岗位要求，且P-1210A 密封冲洗油压力表量程不合理。经系统调查，油浆泵机械密封压力控制阀范围为1.35～1.55 MPa，压力表限定量程极值仅为1.6 MPa。内操员对单级机械密封机泵的管理缺乏重视，未能预先识别可燃介质机泵对单级机械密封所带来的风险。

再者，内操员在向班组长汇报情况时出现疏漏，导致调度滞后。尽管内操员经过了一系列的岗前培训，但实践操作不够熟练。

4 油浆泵机械密封泄漏的处理措施

（1）排查催化裂化装置中的油浆泵机械密封装置，对机械密封装置实行风险评估。如果使用蜡油作为冲洗介质，则需改善低温介质，编制科学可行的机械密封处理方案。在实践工作中，始终遵循“整改不到位，油浆泵不投产”的原则。

（2）逐一排查增补部分的核心机泵，增设DCS 远程紧急停泵功能。

（3）全面排查装置压力表类型与量程参数，确保压力表硬性指标满足标准要求。

（4）加强应急演练与应急培训。

（5）提高密封性的措施。

4.1 开槽斜面挤紧轴套式密封结构

对于密封轴套垫泄漏问题，工作人员采用开槽斜面挤紧轴套式密封结构，该结构定位传动的可靠性较强，拆卸安装较为便利，而且不会对轴产生较大损伤。另外设有限位板，可为泵外调整密封压缩量提供诸多方便。波纹管径内部设有45°倾斜角，可起到分散应力的作用，优化螺纹管的使用性能。采用柔性石墨作为辅助密封的主要材料，其耐高温性能较强，可承受425 ℃高温。

4.2 应用耐磨性较强的副材料

油浆泵的介质当中含有一定固体颗粒，工作人员要在摩擦副动环表面涂抹适量的氧化铬，以YG 为静环材料，这种材料形式为硬质合金—硬质合金的形式。两种材料的硬度差异较为明显，这样不仅可以规避动静环密封面损伤问题，而且可严格控制密封面热裂问题。由于高温条件下，密封环镶嵌结构脱落现象较为普遍，因此工作人员可应用整体结构密封环，密封压缩量为3.4 mm，严格控制密封面的摩擦热。

4.3 以金属波纹管为旋转动环

以往的结构中主要采用静止结构作为机械密封，在波纹管缝隙中间容易生成油浆焦块。为有效避免机械密封波纹管缝隙出现焦块的问题，工作人员可采取旋转型的金属波纹管。旋转式的波纹管密封结构受到旋转离心力的作用，能够自动清洗波纹管，从而严格控制波纹管外围沉积和内侧结焦等问题，并且还可避免由于急冷缩导致的波纹管变形问题。

4.4 优化密封冷却、冲洗效果

受到高温介质和短时间机械负荷及热负荷的影响，高温油浆泵的密封面间稳定液膜的状态发生了较大变化，从以往的液态逐渐转变为蒸汽，在状态改变过程中，受到温差因素的影响产生了不同程度的辐射状径向裂纹。为保证密封摩擦副的冷却效果，工作人员需改变循环水冷方式，设置轻柴油冷却系统，同时在原有密封压盖的进出冷却孔直径基础上延长2 mm。采取上述处理方式能够提高冷却介质气化流量，冷却效果也将发生较大变化。为防止出现催化剂颗粒粘结现象，工作人员还需扩大冲洗孔直径，直径从原来5 mm 延长至7 mm，且严格控制冲洗压力，冲洗压力为0.5 MPa。改进自动冲洗后，密封端面的温升将得到有效控制，且液相面积显著增大，摩擦状态发生明显变化。

5 结语

维护石油化工装置设备的高效运转，是提高石化生产效率的必要条件。在石化装置设备维护检修中，油浆泵机械密封的防泄漏处理至关重要，务必引起设备技术人员高度重视。