聚丙烯装置动力分离器A301 机械密封的改造

李朋宇 陈 松 曲 辉

（大连西太平洋石油化工有限公司）

密封装置是转动设备的重要组成部分，密封性能对设备的工作效率和可靠性影响很大。 大连西太聚丙烯装置是引进自意大利Basell 公司的spheripol 聚丙烯工艺技术，采用液相本体法生产聚丙烯成品本色粒子。 A301 是聚丙烯装置中丙烯闪蒸罐顶部的动力分离器，其作用是脱除闪蒸后丙烯气中夹带的聚丙烯粉末， 该设备无备机，是聚丙烯工艺流程中的关键设备之一，一旦出现故障，将造成整个装置停工。 A301 动力分离器频繁发生故障的原因是机械密封泄漏，因此，通过查找该设备机械密封泄漏的原因，提出了解决方案并实施改造。

1 A301 机械密封简介

聚丙烯装置动力分离器A301 是意大利ZUCCHETTI 公司出产的，1996 年投入使用。该设备的密封采用的是双端面机械密封 （密封方案PLAN53C）， 密封为双平衡结构。 当主密封失效后，次密封可起到主密封的作用。 采用活塞增压的带压的隔离液循环系统， 用工业白油作为封液，通过设置在双端面密封内部的泵送环对液体进行循环。 A301 密封系统如图1 所示。

操作参数如下：

介质 丙烯

温度 45℃

压力 1.85MPa

图1 A301 密封系统示意图

转速 1 480r/min

API 冲洗方案 53C

2 存在的问题及原因分析

仅2017 年， 因为A301 密封泄漏导致装置被动停车两次， 加上一次停工消缺共计检修3次：4 月，装置停工消缺，主动维修，更换机械密封、轴承等件；8 月25 日，A301 机械密封内漏严重，压力活塞密封油下降量10mm/h，停工抢修，被动维修；10 月15 日白班发现A301 密封再次内漏，压力活塞下降量大约8mm/h，后来泄漏量增至大约15mm/h，维持运行至11 月3 日停工抢修，被动维修。 拆卸密封后静环和动环的形貌如图2 所示。

图2 拆卸密封后静环和动环的形貌

由图2 可以看出， 密封端面无明显磨痕，动环O 形圈内圈损坏，静环O 形圈正常，端面无高温情况。密封泄漏由于动环O 形圈与轴（或轴套）发生相对转动导致密封圈损坏，出现此情况原因有以下两点：

a. 弹簧座紧定螺钉未锁紧，导致密封传动不好， 密封动环O 形圈与轴套圆周上发生相对摩擦，导致密封圈损坏；

b. 由于此密封为背靠背双端面密封，密封供货为非集装，所以在安装时，需要调整工作高度，有可能出现密封安装时，工作高度不正确，向介质侧压缩，介质侧密封压缩量过大，大气侧密封压缩量偏小，导致大气侧端面贴合不稳定，动环轴向上往复运动频繁，导致大气侧动环O 形圈摩擦损坏。

导致机械密封泄漏的原因很多，需采用很多检查措施才能确定，如：

a. 现场安装密封时，检查密封紧定螺钉是否拧紧，安装高度是否符合密封要求；

b. 机械密封弹簧的压缩量是否准确；

c. 端面比压是否准确；

d. 动静环使用材料是否准确；

e. 现场检查密封液管线是否正常，保证密封液干净、无脏杂质、循环良好，检查冷却水系统是否堵塞，保证冷却效果良好。

3 机械密封的改造

尽管做了大量的工作，但由于设备结构的原因，该机械密封仍为非集装结构，安装、使用过程中仍会出现一些问题，导致机械密封泄漏，进而导致整个装置被动停工。

3.1 机械密封泄漏的影响

A301 机械密封的外漏一直是主要问题，工业白油的外漏造成300# 的设备、管线较脏，现场面貌急需改善；2017 年的两次被动停工原因均是机封内漏严重， 内漏的工业白油与A301 分离出的粉尘混合形成粉尘膏，附着在D301～T301 的长约30m 的4″管线内壁上，使得管线缩径严重，造成A301 出口线压力高，严重影响生产运行；一旦具备停工消缺条件，这段管线需要分段拆卸、清理，给检修带来很大的工作量和施工风险。 为了彻底解决以上问题， 将该机械密封改为干气密封，以解决设备的长周期运行问题。

3.2 干气密封的结构

该密封采用PLAN32+72+76 方案， 使用碳环+串联式干气密封（图3），密封气为外引丙烯，对分离器进行氮气气密时， 密封气用中压氮气，缓冲气用低压氮气。干气密封动环采用SiC 材料，该材料具有表面硬度高、耐磨性能好、热传导系数大及比重小等优点，是目前最好的一种摩擦副材料。 密封静环采用浸渍金属碳石墨材料，该材料具有强度高、自润滑性好及耐高温等特点。

3.3 干气密封功能要求

前置密封气为外引丙烯气， 比D301 系统压力高出0.05～0.10MPa， 冲洗量不小于7Nm3/h，使得D301 介质不能进入密封结构， 保证密封的清洁环境；一级密封承受全部系统压力，密封介质为经过过滤的外引丙烯气；该密封气比前置密封气压力高出至少0.1MPa， 流量不小于15Nm3/h，少量丙烯气经过泄漏孔板排放至火炬线，大部分丙烯气漏至D301 系统； 二级密封承受很小的压力，密封介质为氮气。 一级密封失效时二级密封可以承受全部系统压力， 起到备用密封的作用，满足API682 的要求。 二级密封正常时全部为外引氮气，可以高点大气排放。

图3 A301 干气密封结构示意图

3.4 干气密封控制系统

控制系统的主要作用是为干气密封提供干净的气体（过滤精度小于3μm）和监视干气密封的运转状况，确保干气密封长周期运行。 搅拌器干气密封控制系统由3 个部分组成：

a. 过滤单元， 控制系统具有两套过滤单元，可在线切换，过滤精度为3μm；

b. 监控单元，该干气密封控制系统是通过对干气密封一次泄漏流量进行监视而实现的；

c. 缓冲气单元，缓冲气的目的是保证串联式干气密封一级泄漏出的丙烯气全部通过一次泄漏火炬排放，同时给二级密封提供密封气。

3.5 干气密封日常操作注意事项

表1 为该干气密封操作的主要运行参数。

表1 干气密封操作的主要运行参数

日常操作注意事项如下：

a. 表1 中的参数值如有波动，说明系统存在异常，检查工艺操作是否波动；

b. 当PT-3082 出现压力高报警，表明对应密封的一级密封可能失效，当PT-3082 出现压力低报警，表明对应密封的二级密封可能失效；

c. 检查密封气过滤器是否堵塞，过滤器允许最大压差为0.1MPa，过滤器堵塞后，应及时切换过滤器；

d. 外引丙烯气温度控制在60～100℃之间。

4 干气密封的效益计算

由于改造后的密封介质为外引丙烯气和氮气，不存在外漏工业白油的问题，使得现场面貌有很大的改善。

按照每年因A301 机械密封泄漏而导致的非计划停工为1 次，每次停工、检修、开工用时20h计算。 装置正常生产按照15t/h 产量计算，外卖丙烯与成品聚丙烯差价按每吨3 000 元人民币计算，则停产损失为：15×0.3×20=90 万元人民币；由于装置为局部停工，聚合单元轴流泵等设备继续运行，每小时的排放损失大约2t 的丙烯，丙烯的市场价大约每吨5 000 元人民币，则排放损失为：2×0.5×20=20 万元人民币； 每次检修更换机械密封、管线清理等费用大约10 万元人民币；该机械密封改造的一次投资为40 万元人民币， 厂家承诺运行3 年不出现泄漏问题，这样，当年可节约80 万元人民币，3 年可节约320 万元人民币。

5 结束语

2019 年4 月，在大检修期间完成了聚丙烯装置动力分离器A301 机械密封的改造、安装工作，目前运行稳定。 改造后减少了装置异常状况的运行风险和检修的施工安全风险，该干气密封系统运行可靠，是一种经济型、环保型密封。