乙烯装置急冷油泵机械密封改造分析

王焕坤

（中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司，广东 揭阳 515200）

0 引言

以乙烯装置80万吨/年为例，其使用美国的某公司专利技术。乙烯装置裂解单元拥有一台USC-12 M型式的气体裂解炉与USC-176 U型式的液体裂解炉七台，某公司在急冷油塔与急冷水塔中采取了专利波纹塔盘，其优势为性能高效、流通数量庞大、压力非常小、不易结焦、且运转周期长等。而制冷分离单元则使用前脱丙烷前加氢程序，高低压塔脱丙烷，而开式热泵系统构成为乙烯精馏塔与乙烯制冷压缩机，同时使用了某公司新研发的HRS乙烯分离热集成精馏技术。

此外，急冷油塔塔底的急冷油借助急冷油反复抽压泵抽出，通过机械刮渣来滤除杂质，清理掉2 mm之上的焦粒，随即流入急冷油管路。急冷油管路具备三股回路：首先，经过稀释蒸汽发生器、急冷油再沸器针对技艺水受热，从而冷却急冷油，且收回急冷油高品位热能及其产生的稀释蒸汽；接着，急冷油流入重燃料油气提塔，借助高压蒸汽及其裂解气实施汽提减黏，最后急冷油流至急冷器当中，针对废热锅炉产生的裂解气实施油冷却。

1 急冷油泵具体介绍

1.1 急冷油泵相关参数分析

此乙烯装置急冷油循环泵借助了单级双吸两端支承径向剖分式离心泵，日本某公司制造的A泵通过透平驱动，B/S 泵则需电机驱动，具体产品类型为16HQS-356，出口压力为1.1 MPa，设计的额定流量为2 531～3 037.5 m/h，扬程为100.61 m，转速为980 r/min，实施PLAN32+62机泵密封方案。

急冷油循环泵入口压力是0.15 MPa，对于双支承泵出口处密封腔的压力偏大，具体为0.6～0.9 MPa。其中入口压力小，且密封腔压力不大，极易发生技艺性抽空、气蚀机械密封问题，急冷油泵日常温度下黏度在95.36 mm/s，一旦增大极易导致波纹管开裂问题；急冷油中杂质含量大，很容易导致密封断面划痕及其波纹管失弹；另外，急冷油具备腐蚀性，容易导致腐蚀漏洞。

1.2 急冷油泵出现问题的具体状况

泵投入运行之后发生问题频次增多，其问题集中在驱动端与非驱动端轴承产生落架、滚动体受损加剧、支撑架受损、喉部衬套和轴套出现剐蹭、主轴与机械密封轴套咬合、机械密封发生漏洞等问题。

1.3 急冷油泵相关问题起因解析

因为急冷油自身特别性，此泵无法使用串联密封，而是通过API682C型标准密封，冲洗使用“32+62”的计划，能够化解急冷油杂质大于低温下黏度大的现象。毕竟泵的杂质相对非常大，设计颗粒直径最大是25 mm，冲洗设立在口环与密封处，且使用油盘，确保密封日常工作，利用低压蒸汽作为密封急冷介质，急冷油温度可下降，确保密封在适当的工作状态下运转，针对泵备用过程中，低压蒸汽也能应用到加热密封腔中的急冷油，确保不冷凝，一旦出现冷凝问题，会造成波纹管丧失弹性，同时丧失了补偿技能，势必引发密封漏洞，冷凝急冷油，且在泵开启过程中，造成扭矩过载，导致密封受损问题[1]。

然而，在设计“62”计划时，低压蒸汽无蒸汽流入限流设备，单纯借助管道上方闸阀调整蒸汽数量，一旦闸阀开启过大，造成蒸汽流量超量问题，极易导致油封流入轴承箱，润滑油与油水搀合导致乳化，从而造成轴承润滑成果欠佳，轴承受损，滚动体架落。轴承落架之后，整体转子丧失了支撑点，其泵体内部中心位置产生了位移，旋转中发生金属间的碰撞，会造成喉部衬套和轴套产生磨损，泵轴受损、机械密封动环破裂，出现急冷油泄漏问题。

2 具体出现的相关问题

急冷油能够长时间平稳运转，其主要原因为机械密封性，通过上述起因解析，机械密封应用了“32+62”计划，如果出现操控疏漏，低压蒸汽数量超标，势必导致轴承箱里面润滑油乳化，轴承架掉落，存有极大安全潜在风险。同时急冷油泵传送介质最大运转温度超过200 ℃，则算是高温热泵管控范围，应用单端面机械密封，重点问题出现在动静环端面方面，且单端面密封只存在一个端面，假设密封出现漏洞，高温急冷油势必造成四周环境污染，不但出现机泵问题，也破坏环境，情况严重更会发生火灾、爆炸，势必给人身安全带来潜在风险。基于此，改造急冷油泵密封务必尽快执行。

3 急冷油泵机械密封改造研究

3.1 高温热油类密封的筛选型号

3.1.1 筛选型号基础标准

高温热油泵密封需要应用切合API682—2004标准的背靠背、面对面、面对背存在压双端面密封，有特别状况则要考量筛选面对背没有压双端面密封。

3.1.2 冲洗计划筛选

高温热油泵双密封可参照场地实践状况来筛选P21(23、32)+53A(B)、 P21(23、 32)+54 或P21(23、32)+74；无压双密封构造则要确保排放的安全性。介质中一旦存在固体颗粒等杂质极易导致密封受损，应用P32外冲洗；介质非常干净则应用P21自冲洗[2]。

3.1.3 密封方式与材质筛选

高温泵密封弹性零件力推使用耐高温金属波纹管，参照介质腐蚀程度与热度来筛选不一样材质的金属波纹管。

3.2 确立高温热油类密封方案

通过以上密封计划与筛选型号标准及其实际此泵改造经历，结果选取P32+53A密封方案。此方案及其筛选型号优势为内侧密封为主密封，其可承担密封罐封液和PLAN32冲洗液之间的相互压差，使用静止型波纹管密封构造，设计科学，PLAN32冲洗计划使用内侧密封，则为外部连接封油管线，其可内侧密封来辅助外侧密封，从而起到很好的密封效果。此外，密封罐当中密封液压力附着于外侧辅助密封上面，所以外侧附属密封需采取金属波纹管密封。而P53A方案适用于外侧附属密封，干净高纯度氮气植入密封罐当中增压，直到比PLAN32方案中冲洗液压力多出0.14～0.41 MPa终止。在主密封失去成效时，外侧密封也能在规定时效内产生密封效果，从而留有充足时间替换设施，确保技艺介质无法排泄至空气中。

内侧三主密封或者外侧密封日常应用过程中，会产生微量排泄，机泵使用过后，密封罐内密封液体因排泄而渐渐降低，一旦降低至液位开关浮球方位时，液位开关自动开启提示功能，此时则需应用柱塞泵向密封罐中补足密封液，随后回归正常液位时，机械密封则可正常平稳运转。随后的日常检查中，密封罐液位小于标准线时，需补足液体，一旦降低至规定值时，压力警报开启，随后需要再次加压氮气，从而确保设施平稳运转。

假设内侧主密封失去功效时，势必导致密封罐当中的密封液转向泵腔内排泄，密封液液位降低，密封罐中氮气压力降低，直到预警数值之下，随后液位与压力开关给予警报，如果密封罐顶端压力表参数和泵密封腔内压力相同，则推断为主密封失去功效，则泵需立刻暂停运转，替换全新的机械密封。

当外侧辅助密封运转介质干净，且情况趋于平稳，不会导致受损；一旦外侧辅助密封丧失功效，将直接导致空气侧出现白油泄漏，洒落在泵基本台面上，且密封罐当中的密封液液位降低，密封罐当中氮气压力值减少，直至降低至警报数值之下，液位与压力开关给出警报，随后密封罐中氮气压力会减少到常压，密封罐顶端压力表数字为零，则需立即暂停运转，替换全新的机械密封[2]。

3.3 机械密封与系统改造重点留意事项

PLAN32方案要支持相对平稳的外冲洗液。此外，PLAN53A需要给系统带来平稳的氮气压力源，同时液位与压力开关则要植入DCS系统当中，把收集的信息应用到DCS中，进而达成远程监控及其实时报警。同时需要给储液罐带来耐高温白油或理化性能类似的润滑油。针对此辅助系统，则要参照场地实践状况装置罐体及其所牵涉缓冲介质不锈钢管线，同时当场制作成型之后再焊接。

4 整体改造效果分析

借助机械密封方案优化升级，从而提升此泵的使用周期，比如：检修时长由1 年提升至2 年上下，机泵平均维护间隔周期MTBF从122升上到141。

再加上原先PLAN62方案被取缔，无密封蒸汽流入，此泵驱动端与非驱动端轴承箱里面润换油检查含水数量为零，基本化解了润滑油乳化侵入油膜问题，从而提升了轴承润滑成效，减少各零件相互间的磨损。最终提升了机械密封运转稳定性，解决了主密封失效急冷油漏洞排泄至空气中的潜在风险。同时解决了密封蒸汽进入，凝结水会顺着急冷油滴落在泵基础台面上，导致四周环境小范围不达标问题，同时也降低了整体清扫卫生的难度。由于泵相对运转周期加长，维护成本极大降低，又防止发生急冷油受损，缩减了人工维护费用，节约了设施零件替换成本，核算下来每年可节约经济收益达到六十万元。

5 结语

总体而言，急冷油泵使用了P32+53A密封方案，借助背靠背串联高温金属波纹管密封，启动持续工作72 h，且油系统运行无故障，密封罐油入口温度在60 ℃，出口温度在50 ℃，相差10 ℃，液体位置自始至终确保在75%～85%区间，压力平稳在0.6 MPa，机封运行到现在大约一个月，其驱动端与非驱动端密封运转情况优良，期间无发生一级或二级密封泄漏问题。