乙烯装置低温泵运行故障与应对措施分析

王昕哲

（中国石油广东石化公司化工生产一部，广东 揭阳 515200）

以前脱丙烷前加氢工艺为例，乙烯装置低温泵主要集中在精馏工序，其包含乙烯吸收塔回流泵、脱乙烷塔回流泵、循环乙烷泵、乙烯产品泵等低温介质泵，其介质主要包括甲烷、乙烷、乙烯等低温介质。原始开工初期，大部分低温泵的介质都与设计条件存在一定偏差，组分不同、温度不同、压力不同等，不良的工况带来欠佳的机械状态，这对轴承、机械密封等机械部件的寿命带来了极大的负面影响，所以本文分析了乙烯装置低温泵机械密封情况，发现设计缺陷问题存在，以技术改造形式，将机械密封形式改造为串联式干气密封，对改造以后的干气密封运行控制方式优化，优化监测和维护情况，可最大程度缩减低温泵检修次数，降低泄漏问题发生率。

1 乙烯装置低温泵运行常见故障

1.1 机械密封结构问题

原本机械密封结构构成中，主要密封方式为正冲洗方式，在物料出口端位置，引入物料后，对原本的主机械密封开展冲洗，冲洗液在溅入压力值较低的泵叶轮以后，会将热量携带走，混合物料温度较低的情况下极易发生汽化问题，若是外漏，将发生安全问题，这就需要合理措施处理，以双端面机械密封方法干预，少量的介质由端面泄漏，其温度较低，会流入至二级密封液内部，依靠热虹吸的作用，二级密封循环液，以此带走热量及密封摩擦内部的介质，并密封于密封液罐之中，少量泄漏出的低温介质在被密封液甲醇带出以后，由密封液罐顶排放系统内加装的限流孔板释放火炬，以此降低低温介质泄漏风险。二级密封环可以利用波纹管机械开展密封处理，燃烧的石墨材料为端面材料，碳化硅为组成机械密封的端面材料，氟橡胶为制作密封圈的主要材料，但是，该设备应用中也存在缺陷，比如频繁泄漏，检修概率较高，密封液甲醇极易损伤视神经，密封液的泄漏还会造成环境污染等等。

1.2 轴承故障

轴承故障发生最主要的因素就是油封工作异常，乙烯装置低温泵除甲烷泵常选用屏蔽泵外，其余介质常以立式桶袋泵为主，聚四氟乙烯填充墨材料为机械轴承油封所应用的主要材料，其应用中，优势显著，但是随着温度的变化，线收缩系数及线膨胀系数会随之提升，与钢对比，其提升高达7 倍以上，比如，在35mm 的轴上，配置的油封在室内检修的状况下，在15℃情况中，室外条件为-30℃时，尺寸的改变约为0.12mm。在北方极寒的气温下，若是一台乙烯装置低温泵油封处于-30℃条件下应用，2h 以后，其运行温度可高达40℃，油封温度会随着温度的改变而变化至70℃，其尺寸变化约为0.2mm。依据检修内容，油封的间隙大小应为0.1 ～0.2mm，乙烯装置低温泵在应用的过程中，需要与轴之间间隔0.1 ～0.2mm 的间隙，此时，油封会在-28 ～-30℃的情况下，与轴接触，间隙消失，甚至在轴上抱紧。在这种条件下启动机泵，油封环将会磨损，乙烯装置低温泵在运行过程中遇到正常温度，油泵之间的间隙又会形成，但是由于受到磨损的影响，间隙会增大，其会导致油封漏润滑油问题的发生。此时，油杯补油顺畅程度受到不利影响，诱发设备故障问题的形成，更严重的情况下，将导致机泵处于备用状态，轴与油封形成抱死现象，背面发挥密封作用和固定作用的o 型圈松紧程度下降，一旦乙烯装置低温泵启动以后，将导致油封环旋转异常，回油孔无法保持在正下方位置，影响润滑油正常回流。此外，若是本应该禁止油封环和轴一起转动，将导致O 型环损伤，导致油封效率丧失。

1.3 静密封点泄漏

低温状态下工作，非金属密封性材料的特征显著，由于其组成材料主要以非金属密封元件为主，以此发挥静置密封效用，其中包括聚四氟乙烯、乙丙橡胶、硅橡胶、氟橡胶和丁腈橡胶等。由于缺少对橡胶材料的认知，导致橡胶材料应用过程中极易混合应用几种橡胶圈，比如，氯丁橡胶、26-丁腈橡胶、40-丁腈橡胶及氟橡胶之间区分困难，其与橡胶圈颜色均为黑色，应用肉眼分辨材料类型十分关键具体材料类型，在低温工况下，应用高丙烯腈o 型圈或者氟橡胶O 型圈极易导致机械密封静密封点泄漏风险。除此以外，若是在含芳烃物料的状况下工作，应用丁腈橡胶，氟橡胶或者氯丁橡胶，其极易发生橡胶圈溶胀问题，对机械的密封周期产生负面影响，加剧泄漏问题发生概率，所以，不仅需要分辨o 型圈的材料，还需要分析工作过程中介质温度对其影响，充分考虑环境及工况温度，在最严苛情况下所选择正确的o 型圈的材料，以此对机械密封泄漏问题进行解决，降低机械密封静密封点泄漏风险。

1.4 动密封点泄漏

乙烯装置低温泵在装置首次开工或检修后开工过程中，实际工况与设计工况多数存在偏离，设计审查及中间反资的不严谨很可能造成设计对机泵开工异常工况的考虑，压力、温度、组分等工况的偏离极易造成乙烯装置低温泵在首次启动过程中形成汽蚀状态，除了对叶轮的冲刷，强烈的振动给机械密封的寿命也带来了极大的威胁。振动使得弹簧或波纹管的补偿不均衡，动静密封环瞬时分离的情况，极易导致密封罐带压，若一级密封造成严重泄漏，快速泄漏的介质将把密封罐内的密封隔离液全部带着火炬排放系统，瞬间清空密封液罐，若不能及时发现，二级密封将在没有冷却液的情况下高速运转直至造成外部泄漏。

1.5 机泵故障

在冬季低温环境下，温度低于-20℃时，由于备用机轴承箱内润滑油冷冻凝结，所以具有较大黏度，此时盘车时会出偏重及手感卡塞等问题。此外，冬季备用时，冰霜会对机械形成密封包裹，对轴套转动后，对静置部件机械转动停止以后，冰冻会形成机械密封压盖的共同体，所以动机开封前必须开展乙烯冷泵的盘车干预，启动时若是不盘车，极易导致启动中按钮扭矩扩大。导致联轴节部件损伤，影响机械密封性，甚至烧毁电机。

2 乙烯装置低温泵串联式机械密封改造

2.1 乙烯装置低温泵密封改造

详细化地分析乙烯装置低温泵的性能参数及密封结构，在不对原本设备结构变化的情况下，不对原本尺寸改变，以串联式干气密封方式干预，组成主要涵盖两种，分别为接触式机械密封和干气密封，平衡性机械密封为第一级应用方法密封介质主要为自身介质，第二级以干气密封方法干预，密封介质选择干净氮气，氮气的压力值维持在0.5 ～0.6MPa，状态正常的状况下，机械密封效用显著，干气密封辅助，由于干气密封端面中，设置了动压槽，这一设计仅可单向旋转，所以，这一密封的旋转形式仅为单向旋转。

2.2 干气密封效用

应用干气密封形式，可提升主密封背压，其可缩减密封面的磨损程度，降低端面气化概率，有利于延长主密封的应用寿命，该方式为备用密封方法，若是主密封效用不足，干气密封的应用，可降低安全事故发生率，应用安全，且环保。

2.3 干气密封改造优势

在不对原设备大小和机构进行变化的情况下，以串联式干气密封构造开展干预，气泵实际运行时，这一密封方式可极大程度缩减离心泵的振动频率，提升密封应用寿命周期，可以减少甲醇密封液系统的应用环节，缩减设备运行过程中的功率消耗量，相对传统双端面机械密封来说，功率消耗率仅为其5%。干气密封结构简单，作为辅助系统，其不仅可以确保工业介质不受污染，也可以降低其泄漏的风险系数，改良优化了传统的双端面机械密封中过于依赖甲醇密封开展密封的问题。

2.4 干气密封控制系统

干气密封控制系统主要由两部分组成，泄漏检测和密封气过滤，此套控制系统可以充分确保干气密封运行中的稳定性和安全性。在密封气过滤单元中，外部氮气经由G1 位置进入控制系统中，通过V1（截止阀）对管网氮气发挥控制作用，使其进入系统中，借助F1（过滤器）精准度为1μm，在经过V2（减压阀），其压力值降低至0.5 ～0.6MPa，可保障干气密封装置中密封气稳定，进而经过V3（单向阀），降低主密封失效风险，介质会向氮气网管内部反串，并再次经过G2，进入到主密封及干气密封的密封腔，进入后以此构成一个干气密封腔，具有一定带压其可以提供充足的背压来为主密封进行服务，可提升主密封的应用周期。在单元中，一旦出现介质泄漏情况，可通过G3 泄漏，并经过微量介质与氮气结合，通过V4，减少主密封的效力，从而导致工艺泄漏的发生，在其经过辅助密封和PI-11 监测位置后，借助节流孔板RO-11 的节流效用，于密封腔内部，建立0.5 ～0.6MPa 的压力，控制氮气的消耗量。若是主密封发生较大泄漏问题的情况下，由于受到限流孔板效用的影响，在干气密封腔中的压力就会不断地随之而上升，同时泄漏管线之上的压力表指示水平也会同步增长，待其超过固定值情况下，将影响机械的主密封效果，最终经过V5（单向阀），将主密封泄漏的微量介质向火炬系统之中排放。

3 乙烯冷泵运行优化措施

3.1 润滑

提升乙烯冷泵装置中油品的润滑效果，选择替代油时，不仅需要提升油品抗低温效果，还需要分析替代油品的抗乳化性能和年度，使其趋近于原润滑油品，或者效果远远高于润滑油品，冬季气温较低，会影响润滑油的润滑效果，增加其年度，降低润滑油流动性，巡检过程中需要检查油杯及油位情况，及时针对温度偏高、声音异常、体积较小或者渗油等问题进行检修，检查润滑状况，从机械的散热性能出发，冬季可将圆形牛皮纸罩放于电机上，以此降低电机的通风量，维系电机润滑脂应用最优化效果。电气人员在添加润滑脂的过程中，可应用软棉布将注油嘴擦拭以后再进行注入干预，以减少砂石或者细小颗粒等杂质随润滑脂进入电机内部，影响电机轴承正常工作，甚至损伤轴承的问题发生。

3.2 配件

乙烯冷泵运行过程中，开展配件管理重要意义显著，必须结合制造厂家和检修车间、生产车间。确保配件的制造、应用及检修能够环环相扣。利用厂家的研发力量，对配件应用过程中的缺陷进行改进，选择性价比较高的厂家购买配件，应用性能较好的机械密封元件，比如，在低温环境下，虽然对机械密封动静环的影响相对较小，但是对o 型环的影响较大，在密封圈选择中，需要保障其与低温环境的需求相适应，比如，配置的包氟材料可以选择硅橡胶O 型圈，设备外部应用硬度较高的聚四氟乙烯材料进行配备，内部应用耐低温的硅橡胶材料配置，以此保障设备性能的良好性，提升其机械强度，优化配件的应用效果。

3.3 备用

依据日常维护情况，进行机泵盘车，低温情况下，由于机械密封泄漏情况时有发生，所以一旦温度在零下30℃以下，则不宜开展盘车，而是需要在启泵或者试泵的过程中盘车，盘车前需要用低压蒸汽对机械密封压盖表面开展清理，实现机械密封位置预热，待其元件弹性恢复以后，对轴承箱进行加热。使轴承箱温度与工作时的温度相接近，定时对机械密封上的包冰开展清除干预，维系设备备用状态的正常化。

3.4 运行

乙烯装置低温泵运行过程中，应尽可能地减少切换机泵概率，尽可能地降低机泵损坏概率，低温泵检修以后，需要从环境差异性入手，灵活预冷方式，待冲锋预冷后，开展备用干预，拟定巡查设备应用制度，重点分析设备运行中故障的发生，检查机泵运行中状态不理想的情况，以提升巡检质量，促进机泵运行质量的提升，缩减运行事故发生率，减少乙烯装置低温泵运行中的安全隐患。

4 结语

综上所述，利用乙烯装置低温泵机械密封的改进措施，以串联式干气密封形式优化改造，可辅助机泵运行管理工作的最优化，有效缩减密封泄漏故障的发射功率，提升密封效果，促进机泵运行使用寿命的增加，维系乙烯装置低温泵运行的稳定性，延长设备应用周期，提升设备应用质量，使得乙烯装置低温泵处于较为理想的工作状态下，提升企业的经济效益。