天然气净化装置机械密封失效及改进研究

张军宁 韩福庆 李全龙

摘要：化工机械设备在化工企业生产中扮演着不可替代的作用，一旦出现密封稳定性不足的问题，往往会影响到企业的正常生产。为了进一步探讨化工机械密封泄漏问题的处理策略，现结合具体的使用情况，对化工机械密封泄漏的不良影响进行分析。

关键词：石油;天然气;化工装置;机械密封;失效;改进

1机械密封特点分析

以天然气净化厂中的离心泵为例，其设备结构中的大部分密封均采用机械密封方式。机械密封是指通过向沿着旋转轴方向施加垂直于密封件端面的压力，使得密封件与贴合面保持较好的贴合状态，以防止内部介质泄漏至外部环境的一种密封方式。机械密封方式较多，包括：弹簧压缩密封、端面压缩密封等，应根据不同的轴径、不同工作温度、外界压力等情况，选择相应的机械密封方式。其中，弹簧机械密封包括串联旋转、单端面静止、双端面旋转等类型，如压缩机中的机械密封则主要是以干气双端面密封为主。

2化工机械密封泄漏的不良影响

2.1原材料的浪费

对于化工机械密封生产环节而言，良好的密封环境不但可以提升材料的综合利用效率，同时也有助于保护内部生产环境，避免外物的进入导致原材料、生产产品污染，影响产品质量。所以，化工机械密封泄漏问题一旦出现，不但会导致原材料的浪费，同样也会在一定程度上导致原材料、产品遭受污染，出现更深层次的风险与危害，所以需要特别关注这个方面的问题。

2.2生产安全遭受威胁

安全生产是现阶段化工企业最为关键的生产要求，同时也是行业得以可持续发展的基本前提。从客观上来看，一旦机械密封泄露问题发生，往往会导致设备的生产效果下降，同时根据泄漏的类型也会导致不同程度的安全风险与责任事故，所以务必要做好安全控制与管理，否则会出现严重的安全隐患。

2.3化工机械设备的使用寿命受到限制

设备的使用寿命直接关系到设备的投资回报率，同时也是企业提升经济效益的重要途径。通过化工机械密封泄漏故障维修与养护，能够有效降低泄漏发生的频率，从而提升设备的运转效率与整体寿命，取得良好的投资回报成果。相对的，如果经常出现泄漏且没有及时得到解决，会导致设备的故障率不断提升，最终出现设备没有达到预期工作年限就被报废的情况，严重影响到设备的使用效果。

3机械密封的改进设计

3.1热水泵的机械密封改造设计

供热系统热水泵中机械密封件在使用中经常出现泄漏问题，使用寿命大部分仅有1年左右，在后期维修及零件购买方面成本相对较高。由此，通过对热水泵密封结构的分析和多种耐压性能的测试，选择了DTM80A-1密封件进行机械密封，包括了静环和动环两种结构，属于平衡型机械密封。其中，静环的材质属于钴基硬质合金YG6材质;动环则采用了浸锑石墨，并在动环的一端开设了流体动压槽，可保证在动环与静环的密封接触处能形成稳定的液膜，保证整个热水泵具有较好的机械密封性能。

在完成设计后，将该密封结构在热水泵进行了实际应用测试，据评估：改造后的密封结构使用寿命延长至2年以上，零件结构也能通过国内厂家进行自主生产，成本价格下降为进口价格的三分之一，维修较为方便，性价比相对较高，达到了预期的密封效果。

3.2高温油泵机械密封改造设计

高温油泵由于作业过程中存在较高温度及较大工作压力，导致密封件的使用寿命大大降低，运行一段时间后出现机械密封泄漏及火灾事故等问题，因此，有必要对该设备中的机械密封进行改造设计。通过查阅API682标准，选用了YTS-1的干式结构加焊接金属波纹管方式进行机械密封，在使用时通过注入0.3MPa以下的低压饱和蒸汽进行干式密封。YTS-1干式密封结构的动环和静环材料选用钴基硬质合金和碳化钨，金属波纹管则选用了GH4169材料。整个密封方式具有使用寿命长、结构性能稳定、耐磨等特点。

在完成高温油泵机械密封改造后，对其进行了现场应用测试，根据实际运行情况看，整个密封结构的耐高温和耐高压性能得到明显改善，使用寿命同比延长了2倍，可达到一年半以上，在测试的一年多时间，未出现机械密封泄漏的任何征兆，说明改造后的机械密封性能可靠性明显增强，达到了预期效果。

3.3硫浆泵机械密封改造设计

硫浆泵原有的密封方式主要采用单端面多弹簧式機械密封，虽具有较低的结构密封成本，结构也相对简单，但在使用过程中存在无法实时监控及配套的应急处理措施，密封件时常出现自身失效等问题，最终导致硫浆泵出现了密封泄漏问题，严重影响生产过程的安全性。为此，对硫浆泵机械密封进行了材料优选及安全等级提升的优化改进。通过查阅API682标准，选用了A型弹簧式结构进行机械密封，利用2CW-CS的布置方式进行串联的密封端面不带压双头密封，并在其外侧设计了缓冲液来作为机械密封的二次保护层，注入缓冲液的压力控制在3-5Pa范围内。同时，在机械密封监控方面，采用一级和二级串联方式进行，当一级失效后，可启动二级密封功能，以此提高结构的安全等级。另外，配备了储液灌中的液位开关及压力报警开关，能对密封处泄漏情况进行实时监测和运行维护。

通过对改造后的机械密封效果进行应用测试得知，改造后的密封结构运行良好，密封处的安全无泄漏使用寿命由原来的1年左右提高到了2年以上，通过两级密封和泄漏报警后，整个设备的密封安全性和自动化程度得到显著提高，达到了预期效果，验证了改造后机械密封的可行性。

3.4化工机械密封养护

进一步加强机械设备的日常保养有助于降低化工机械密封泄漏的发生率。首先，需要做好机械设备的日常控制与开封保养，包括认真查看内部动静环的磨损程度，分析研磨密封面的状态，做好密封面的精度设置与调整等。值得注意的是，整个过程中需要做好弹性密封件的分析，避免出现更换后依然存在故障风险的问题;其次积极做好维护过程控制，避免出现干磨问题，提升密封件的整体使用性能;最后，如果出现密封故障，在解决故障的同时也要分析深层次的原因，避免故障问题频繁重复出现。

结论

保证运转设备具有较好的机械密封性能，对保证设备安全、高效运行，降低事故率起着至关重要的作用。针对每个关键部位的密封问题，进行有针对性的分析，找到导致其失效的原因和风险点，在设计及加工环节，严格把控密封件的生产精度及零件品质，设备运行环节，加大对机械密封处的定期巡检及疑似泄漏点的排查等，均是提高机械密封性能及运行周期的关键。为此，分析了机械密封的特点、主要失效类型及失效原因，结合净化厂常见设备，开展了热水泵、高温油泵、硫浆泵等设备的机械密封改造设计，经过实际应用，验证了改造后的设备具有更高的机械密封性能，在延长密封处使用寿命、降低使用成本等方面成效明显，达到了预期效果，具有重要的实际应用及指导价值。

参考文献：

[1]郭明明，杨勇，张聪俐，等.热油泵机械密封失效分析及结构改造[J].液压气动与密封，2020，40（10）：90-92.

[2]连善涛.浅析催化油浆泵机械密封失效的原因和对策[J].石油和化工设备，2020，23（8）：116-118.

[3]顾建军.乙烯裂解急冷油过滤器机械密封失效原因分析[J].化工管理，2020，（20）：153-154.

[4]单树振.高温导热油泵机械密封失效分析及改进措施[J].现代制造技术与装备，2020，（6）：153+155.