乙烯产品泵/乙烯外送泵机械密封改造

2020-08-08周峰中海壳牌石油化工有限公司广东惠州516086

化工管理 2020年21期

周峰(中海壳牌石油化工有限公司，广东惠州 516086)

0 引言

中海壳牌石油化工有限公司二期项目乙烯装置设计生产能力为120 万吨/年，装置采用S&W 公司(目前S&W 公司已被Technip 公司收购)的USC 超选择性裂解炉和前脱丙烷前加氢工艺流程，其分离单元乙烯精馏塔与乙烯制冷压缩机组成开式热泵系统，乙烯产品泵作用是将热泵系统中的液相乙烯采出送至乙烯产品罐区。乙烯外送泵作用是将乙烯产品罐区的液相乙烯送至乙烯气化器，气化后的乙烯再送至下游HDPE/LLDPE/EOEG 装置。乙烯产品泵与乙烯外送泵在一年时间里机械密封发生数次失效泄漏，中控DCS 报警或现场工艺巡检发现后，切至备用泵运行，并对泄露泵断电隔离倒空，挂牌上锁后由维修团队进行维修机封，对装置的安全可靠性以及经济性都产生了重大影响，因此对泵机械密封进行改造。

1 设备信息

乙烯产品泵与乙烯外送泵均为VS6 多级立式筒袋泵，输送介质为液相乙烯，工作温度为-33℃。乙烯产品泵为大连深蓝泵业有限公司生产，额定吸入压力为1.74MpaG，排出压力为2.18MpaG，扬程为102m，额定流量为360m3/h。乙烯外送泵为FIOWSERVR 生产，额定吸入压力为1.68MpaG，排出压力为4.10MpaG，扬程为560m，额定流量为155m3/h。具体输送液相乙烯介质组成如表1 所示。

表1 液相乙烯介质组成表

乙烯产品泵与乙烯外送泵机械密封均采用串联式双端面机械密封，API 密封冲洗形式为PLAN14+72+76+62 方案。一级机械密封PLAN14(11+13)采用液相乙烯作为冲洗介质，PLAN11 冲洗介质从泵出口引出对机械密封摩擦副进行冲洗冷却并带走产生热量。多级立式筒袋泵密封腔处于泵腔最高处，泵内有气会堆积在密封腔，大量气体堆积会导致摩擦副干磨进而密封失效。PLAN13 冲洗介质从密封腔回到泵入口，密封腔压力大于泵入口压力产生冲洗效果，PLAN13 的使用有利于密封腔内堆积气体回到入口管线，进行连续排气并带走产生热量[1]。二级干气密封为带螺旋槽的串联式密封，PLAN72+76利用外引氮气进行冲洗与吹扫，少量氮气通过干气密封端面漏出，大量氮气进入泄露腔后排火炬。最外端为PLAN62 氮气连续吹扫，防止密封与轴低温结冰抱轴。

一级机械密封失效，高压的液相乙烯进入二级干气密封腔并气化，干气密封腔压力明显升高，外引氮气流量降低且排火炬流量增大。二级干气密封失效，二级氮气流量会明显增大。中控DCS 设有火炬压力、氮气流量、氮气压力报警用来远程监控机泵密封运行情况，机泵机封刨面如图1 所示。

2 原因分析

对乙烯产品泵损坏机械密封进行拆解检查，发现一级密封动环面磨损严重，静环面有热裂纹，密封轴套上有多处石墨粉。这是高温造成的密封失效，密封面润滑不足发生干磨。密封腔需要一定压力余量抑制乙烯汽化，确保密封面液膜稳定，但PLAN11 冲洗孔板过小，直径仅为3mm，不能保证密封正常运行的冲洗需要。且PLAN13 循环回路无限流孔板，导致密封腔泄压过快，介质在密封腔动环端面附近汽化，密封端面干摩，密封失效泄漏。PLAN11 冲洗孔板尺寸是根据泵设计扬程102m 计算而来，实际工艺介质出入口压差为0.444Mpa，导致PLAN11冲洗介质进入密封腔流量偏低，计算流量仅为7.2L/min。

乙烯外送泵机封多次泄漏，皆为机封磨损，部位为串联机封的内侧机封，现象为石墨动环磨损严重，碳化硅静环过热有开裂纹，静环丁腈密封圈过热碳化[2]。初步怀疑泵长时间在小流量下运行，密封冲洗不足导致密封面干磨，避免此工况运行后仍发生密封泄漏。此次泄露观察到轴套窜动现象，密封面比压增大，停泵后动环上轴向推力变小，密封力不足发生泄漏。对机封轴套定位螺钉做专项检查发现设计紧力不足，将锁紧螺钉扭矩值从4Nm 提高至12Nm。改造后轴套未窜动但密封再次泄露，测试密封腔压力为4.1MPa，排除密封腔汽化问题。最终与厂家开会讨论判断一级密封实际冷却量不足，是造成机封过热磨损的主要原因。

图1 机封刨面图

3 改造方案

乙烯产品泵：经与泵厂、密封厂讨论制定改进方案，取消PLAN11 冲洗管线孔板，避免冲洗介质进入泵密封腔流量偏低，计算冲洗流量从7.2L/min 增大至12L/min，PLAN13 出口孔板内孔由13mm 改为4mm，保证密封腔压力稳定。同时对工艺操作法进行修改，灌泵过程中避免充压过快，高压差冲击机械密封导致泄漏，同时规定PLAN13 管线上总阀1 与回泵入口阀门2 常开，在泵运行状态时机封排气阀门3 开度为10～15%，在泵备用状态时机封排气阀门3 为关闭，具体机封改造如图2 所示。

乙烯外送泵：联系密封厂家对一级密封冲洗流量进行重新核算，取消PLAN13 出口靠近机封侧3mm 孔板，冲洗量从原设计15.8L/min 增大到28L/min，增强机封冷却能力。对机封内部件材质进行升级，将机械密封一级密封石墨环材质由GE 石墨改为RY 优质抗泡疤浸锑石墨，导热性更好，强度更高，将所有的静密封垫O 型圈材质由X614 丁睛橡胶更换为变形率仅为6%的GS 丁睛橡胶。同时将二级干气密封入口压力由设计值100KPa 提高至235KPa，大量排火炬时火炬管网压力升高至＞100KPa，提高入口压力将避免干气密封干磨损坏。