浅析球罐区双端面机械密封失效的原因及解决方法

张曦 辛芳（兰州石化公司乙烯厂，甘肃 兰州730060）

1 概况

1.1 球罐区离心泵简介及使用机械密封结构

球罐区专门负责向高压、聚丙、全密等主要生产装置输送物料，P301乙烯泵担负向高压及全密输送乙烯，P302丙烯泵担负向聚丙输送丙烯，在日常的运行过程中，为确保生产的安、稳、长、满、优，该泵运行周期较长，对厂主生产装置的稳定生产起着巨大作用。乙烯、丙烯均为轻烃类介质，具有易燃、易爆的特性。根据公司制度管理中设备管理、密封及密封系统管理的规定，该泵属于高危介质泵，密封必须使用双端面机械密封。以下是使用双端面机械密封的化工工艺流程泵分别是乙烯泵（P-301A/B/C），丙烯（P-302A/B/C/D）及裂解汽油泵（P-104A/B）。

因乙烯泵P-301A/B/C与丙烯泵P-302A/B所使用的机封尺寸、型号均相同，所以只对机械密封型号为0500/RRTP//SB3844进行分析、处理。

1.2 双端面机械密封的工作原理

机械密封是由两块密封元件（静环和动环）垂直于轴的光滑而平直的表面相互贴合，并做相对转动而构成的密封装置。它是靠弹性构件（如弹簧）和密封介质的压力在旋转的动环和静环的接触面（端面）上产生适当的压紧力，使这两个端面紧密贴合。端面间维持一层极薄的液体膜而达到密封的目的，这层液体膜具有流体动压力与静压力。起着润滑与密封的作用。是把转轴的密封面从轴向改变为径向，通过动环和静环两个端面的相互贴合，并作相对运动达到密封的装置，又称端面密封。

双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄露。一般双端面密封都需要外供密封液系统，向密封腔内引入封液进行堵封、润滑和冷却，且多为循环冷却使用。密封液不仅可以冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还可以作为一级密封面是否失效的重要检测手段。

Plan13系统，介质的冲洗方向是介质从密封腔通过密封FO口管路回到泵的入口，压力大小的关系就是密封腔压力大于泵入口压力，所以才会产生这样的冲洗效果；由于泵内介质是丙烯，属于轻烃类介质，比较容易气化，由于现场采用的是立式输送泵，密封腔所处的位置是在泵腔的最高处，而泵的出入口都在这个位置的下方，如果泵内有气体，可能会堆积在密封腔处，如果大量的气体在这个位置堆积，由于气体的隔离作用就会导致密封干磨，从而导致密封失效，从而影响密封的使用寿命；采用Plan13 方案之后，通过Plan13 方案将该位置的气体带走，并且带走密封产生的热量，给内密封提供一个比较好的运行环境，从而提高密封使用寿命。

Plan52 系统，这是一个双密封不加压系统，泵内介质的压力要比52系统内的缓冲液压力高，内密封面的润滑液膜采用的是泵内介质，可能会有少量的介质进入Plan52 缓冲液罐，在罐中气化，然后通过罐顶部的火炬线进行倒空排放，采用这一方案的主要优点就是缓冲液不会进入泵内，不会污染介质。

1.3 故障统计

自投用以来，经常发生机械密封泄露问题，频繁检修，以P-301A/B/C及P-302A/B为例。现将2017年至今泵的检修情况作了详细的统计如下表：

表1 2017年至今P-301A/B/C检修情况统计表

表2 2017年至今P-302A/B检修情况统计表

从表1、表2 中可以看出，导致P-301 及P-302 频繁检修的原因，主要是因为大气侧密封隔离液泄露，大气侧补偿环与非补偿环磨损，占故障因素的80%以上。

2 机械密封失效的原因

2.1 密封隔离液循环管路不畅

通过测量密封隔离液储罐进出口管线发现温差较小，发现循环管线内有杂质，经过确认管线内的杂质是机封多次损坏的残留物，因密封隔离液循环不畅导致机封大气侧密封内无密封隔离液，机封失效。

2.2 机械密封失效

(1)大气侧传动套口坏磨损，密封失效，密封隔离液泄露；

(2)大气侧补偿环、非补偿环环面有明显严重崩边及疱疤、偏磨；

2.3 其他原因

自2017年4月18日检修完毕投用后，丙烯泵P302A于4月26日再次发生泄露。在短短一周之内，该泵出现严重的机封失效情况。机械密封解体检修发现，因大气侧传动套固定销石墨衬套破损，导致传动套无法固定，大气侧补偿环与非补偿环磨损严重，机封损坏泄露。

3 失效原因解决方法

3.1 密封隔离液循环管路不畅

定期测量密封隔离液储罐进出口管线温差，若出入口管线温差较小或者无温差，则要断开法兰确认管线是否有堵塞。保证密封隔离液出入口管线通畅。定期更换密封隔离液，清洗机械密封循环管线，保证密封隔离液工作时循环通畅。保证Plan52正常使用。

3.2 大气侧补偿环与非补偿环磨损

0500/RRTP//SB3844 型密封采用的是约翰克兰RRTP 型密封，该密封内外密封都是高压密封，在结构上内外一完全一样的，但是根据现场使用及检修情况，发现该密封的失效现象以大气侧密封失效居多。大气侧补偿环与非补偿环经常因磨损导致环面崩边、疱疤。补偿环材质为石墨，非补偿环材质为碳化硅。环面产生崩边、疱疤就是因为补偿环与非补偿环环面间润滑油膜不稳定，冷却不畅、产生高温，环面损坏，导致机封泄露。

4 效果对比

通过对机泵机械密封失效原因进行分析，提出相应的改进措施，并在实际检维修中加以应用。P-301从2017年10月、P-302从2018年1月检修至今运转正常。

5 结语

通过对现场双端面机械密封泄露产生原因的分析，并有针对性的进行机械密封的改进，提高了机械密封的检修周期，保证了离心泵长周期运行，通过设备精细化管理，发现问题并制定相应的解决方案，打造一个安全、平稳的设备运行环境。并进行针对性的消除措施，同时提高机封的安全可靠性和使用寿命，降低了离心泵的检维修次数及泄露发生率，延长了机泵额运行周期，为罐区的稳定生产打下了坚实的设备基础。