煉化裝置熱油泵機械密封改造

2013-09-23 陳海燕惠生工程( 中國) 有限公司

　　對熱油泵機械密封泄露進行了分析，介紹了機械密封原理；通過機械密封故障的分析找到了解決措施。目前，改造后的熱油泵運行平穩(wěn)，達到了預期效果，確保了裝置的安全生產(chǎn)。

1、前言

　　中石化股份天津分公司煉油部聯(lián)五車間包括1000 萬噸/年常減壓裝置和130 萬噸/年的蠟油加氫裝置，是100 萬噸/年乙烯的配套裝置。兩套裝置共有熱油泵23 臺，自2009 年12 月開車以來，由于密封泄漏導致機泵檢修頻繁，特別是常減壓裝置的減二線泵P202 曾在3 個月內(nèi)更換密封14 套，蠟油加氫裝置分餾塔底泵P206 每3 個月就要更換密封1 套，最嚴重的是2010 年10 月9日發(fā)生的常減壓裝置減三線泵P203 密封泄露著火事故，造成了切斷進料13h，不僅給裝置的安全生產(chǎn)造成了重大威脅，而且還造成了經(jīng)濟上的巨大損失。為保證裝置的長周期安穩(wěn)運行，結合中石化總部下發(fā)的關于“切實做好高溫油泵安全運行的指導意見”，同時對密封泄露的原因進行分析，調(diào)整密封沖洗方案對熱油泵機封進行改造，以提高機械密封的安全系數(shù)，保證裝置的安全生產(chǎn)。

2、機械密封簡介

2.1、機械密封基本原理

　　圖1為機械密封的基本結構，常用于離心泵、離心機、反應釜、壓縮機等設備，軸和設備腔體間存在一個圓周間隙，設備介質(zhì)從中泄漏，因此必須設一道阻漏裝置。因機械密封具有泄漏少、壽命長等優(yōu)點，成為了主要的軸密封方式，又叫端面密封。

機械密封的基本結構

圖1 機械密封的基本結構

2.2、機械密封泄漏點

　　機械密封泄露部位共有4 處:

　　(1) 摩擦端面泄漏點，依靠彈力和介質(zhì)壓力保持貼合( 動密封點，兩個摩擦副之間有相對轉(zhuǎn)動) ；

　　(2) 補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封( 靜密封點，密封圈與軸或軸套之間有微動) ；

　　(3) 非補償環(huán)密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)密封( 靜密封點，密封圈與相配合件之間相對靜止) ；

　　(4) 壓蓋與腔體間的密封圈，依靠密封圈的過盈量實現(xiàn)。

2.3、熱油泵機械密封泄露原因分析

　　離心泵在運轉(zhuǎn)中突然泄露少數(shù)的原因是正常磨損或已達到使用壽命，而大多數(shù)是由于工況變化較大或操作、維護不當引起的。主要原因:

　　(1) 抽空、氣蝕或較長時間的憋壓，導致密封損壞；

　　(2) 對于泵實際輸出量偏小，大量介質(zhì)形成泵內(nèi)循環(huán)，熱量聚集，引起氣化，導致密封失效；

　　(3) 回流量大，導致吸入管側(cè)容器底部沉渣泛起，損壞密封；

　　(4) 長時間停運，重新啟動時沒有盤車，摩擦副引粘連而損壞密封；

　　(5) 介質(zhì)中腐蝕性、聚合性、結焦( 膠) 性物質(zhì)多，使密封失效；

　　(6) 環(huán)境溫度變化；

　　(7) 工況變化頻繁或調(diào)整幅度較大；

　　(8) 突然停電或故障停機。

　　下面介紹2 個現(xiàn)場實例:

　　(1) 波紋管結焦、積碳，失去彈性，不能補償

　　在常減壓裝置內(nèi)熱油泵的操作溫度一般在200 ～ 400℃之間，其中減二線泵曾經(jīng)在半年內(nèi)更換14 套機械密封。我們在拆檢現(xiàn)場實際泄漏的機械密封元件時發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)是波紋管上結焦嚴重，完全粘死，沒有彈性，致使波紋管失效，更嚴重的造成摩擦副接觸面磨損嚴重，甚至出現(xiàn)裂紋。原因分析：減二線泵操作介質(zhì)輕質(zhì)蠟油，操作溫度溫度220 ～ 230℃，其中硫含量3. 0wt%，減二線油殘?zhí)亢浚?. 1 PPM，設計密封沖洗沖洗方案為P21。首先，從表面上看機械密封肯定是在高溫下泵運行介質(zhì)結焦、積碳，從而使波紋管被硫化物、膠質(zhì)等雜質(zhì)塞滿，失去彈性，極易造成摩擦副進入雜質(zhì)造成端面磨損，出現(xiàn)泄漏。其次我們分析認為是P21 方案的冷卻沖洗系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，拆除密封油冷卻器發(fā)現(xiàn)，冷卻盤管結垢嚴重，造成不能冷卻好密封油，導致自沖洗封油溫度高，摩擦副間的熱量不能及時帶走，致使介質(zhì)在密封的波紋管上結焦、積碳，失活、泄漏。

　　(2) 裝置原密封沖洗方案存在的安全隱患

　　在蠟油加氫裝置分餾塔地泵P206A/B 中，沖洗系統(tǒng)選用的是P21 + P62 沖洗、冷卻方案。此方案在實際應用中，總體感覺不是很好。此泵操作介質(zhì)為精制加氫蠟油，介質(zhì)品質(zhì)較好，操作溫度在330 ～ 340℃之間，由于密封系統(tǒng)的冷卻器極容易結垢，造成冷卻不好，導致摩擦副的溫度不能及時降低，致使波紋管材質(zhì)受高溫影響失活，使機械密封泄漏，最后的結果是3 個月就要更換1 套機械密封，明顯可以看出是受高溫的影響。

3、熱油泵機械密封隱患解決辦法及措施

3.1、改造密封沖洗方案的對比選型

　　API682 中幾種常用于熱油泵密封的沖洗方案簡介。

3.1.1、PLAN21

　　介質(zhì)由泵的出口經(jīng)冷卻器降溫后，再進入機械密封，實現(xiàn)對密封的冷卻。適用情況：介質(zhì)溫度高于110℃和清潔介質(zhì)。PLAN21 原理如圖2 所示。

PLAN21 原理示意

圖2 PLAN21 原理示意

3.1.2、PLAN23

　　密封配備了一個內(nèi)部循環(huán)設備以使密封腔中的流體通過一個冷卻器再返回密封腔中。在這種情況下，冷卻器僅冷卻密封操作的流體且這些冷卻的流體不進入輸送過程。因此具有較高的能量效率。適用情況：對于易凝結或高粘度的流體PLAN23 比PLAN21 換熱能力更強。在120°左右的時候，如果沒有特殊要求，采用PLAN21 為好，節(jié)能。在200°左右的時候就要考慮PLAN23 了，如圖3 所示。

PLAN23 原理示意

圖3 PLAN23 原理示意

3.1.3、PLAN32

　　用于含有固體顆�；蚝须s質(zhì)的情況，適當?shù)那鍧嵠骰蚶鋮s器外部會提高密封的工作環(huán)境。甚至在非正常工況下( 如啟動或關閉) 外部沖洗也應是連續(xù)可靠的。應為外部沖洗液會從密封腔流入到被輸送的介質(zhì)中，所以外部沖洗液也應與被輸送的介質(zhì)相容。但PLAN32 能量消耗非常高，所以這種方案不推薦僅用與冷卻的情況。當采用沖洗PLAN32 時，也要考慮它對介質(zhì)濃度的影響，如圖4 所示。

PLAN32 原理示意

圖4 PLAN32 原理示意

3.1.4、PLAN62

　　通過外部引入蒸氣為機封提供背冷。其缺點是蒸氣易沿軸向串入軸承箱，破壞軸承潤滑，污染軸承油，影響泵的正常運行。從外部對密封端面的大氣側(cè)引入沖洗液。沖洗液體可以是低壓流體、氮氣或清潔的水。這種方案用于單端面密封以排除氧氣的存在，防止焦化( 如高溫碳氫化合物的工況) 和沖走動態(tài)密封元件附件的不想要的物質(zhì)( 如腐蝕性或含鹽的工況) ，如圖5 所示。

PLAN62 原理示