表面活性劑中和復(fù)配工段機(jī)泵機(jī)械密封泄漏情況分析及處理方法

陳 巍

（大慶油田化工集團(tuán) 設(shè)備管理部，黑龍江 大慶 163453）

（Chemical Group of Daqing Oilfield EquipmentManagement Department,Daqing Heilongjiang 163453，China）

生產(chǎn)與技術(shù)改造

表面活性劑中和復(fù)配工段機(jī)泵機(jī)械密封泄漏情況分析及處理方法

陳 巍

（大慶油田化工集團(tuán) 設(shè)備管理部，黑龍江 大慶 163453）

對(duì)大慶油田化工集團(tuán)表面活性劑生產(chǎn)裝置中，中和復(fù)配工段所用機(jī)泵機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行了全面分析，并對(duì)各種泄漏現(xiàn)象以及可能引起泄漏的部位進(jìn)行說明，同時(shí)，對(duì)于部分泄漏的處理方法給出了簡要的說明。

中和復(fù)配；轉(zhuǎn)子泵；機(jī)械密封；泄漏

（Chemical Group of Daqing Oilfield EquipmentManagement Department,Daqing Heilongjiang 163453，China）

Abstrct：The comprehensive analysis of the origin of leak of pump’smechanical sealing during neutralization and remixing process in the surface active agent production equipment in Daqing Oilfield Limited Company were given.The different leak phenomenon and leak partswere discussed.In themeanwhile,the sealing performance of the upgraded sealingmaterialswas tested,and finally solution to the pump’smechanical sealing was given.

Key words：neutralization and remixing；rotary pump；mechanical sealing；leak

在表活劑生產(chǎn)工藝中，中和復(fù)配工段所涉及的腐蝕性介質(zhì)種類最多，介質(zhì)的性質(zhì)各不相同，一共涉及到3種苯磺酸、1種液堿和1種有機(jī)溶劑。由于這幾種物料物性特殊，苯磺酸和液堿都屬于強(qiáng)酸強(qiáng)堿類介質(zhì)，腐蝕性極強(qiáng)，而有機(jī)溶劑溶解性極強(qiáng)，這就造成了中和復(fù)配工段機(jī)泵密封經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，維修頻繁。由于其輸送介質(zhì)的特殊性質(zhì)，大部分輸送泵都由以前的填料密封改為了現(xiàn)在的機(jī)械密封，因?yàn)殡m然填料密封結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修方便，但泄漏量大、功率損失大[1]。因此，填料密封用于輸送一般介質(zhì)，如水，不適用于石油及化工介質(zhì)，特別是不能用在強(qiáng)酸強(qiáng)堿介質(zhì)中[2]。而機(jī)械密封密封較好，泄漏量很少，壽命長，但價(jià)格貴，加工、安裝、維修、保養(yǎng)比一般密封要求高[3]。機(jī)械密封適用于輸送石油及化工介質(zhì)，可用于各種不同粘度、強(qiáng)腐蝕性和含顆粒的介質(zhì)。經(jīng)過現(xiàn)場多次密封材質(zhì)升級(jí)試驗(yàn)，我們終于找到了合適的密封材質(zhì)。本文從機(jī)械密封泄漏原因、密封材質(zhì)升級(jí)對(duì)比等方面找到了由于介質(zhì)物料與密封材質(zhì)不匹配造成的泄漏問題的解決方法。

1 中和復(fù)配工段及機(jī)械密封的結(jié)構(gòu)原理簡介

中和復(fù)配工段主要工藝原理就是指將表面活性劑的中間產(chǎn)品苯磺酸與液堿中和反應(yīng)生成表面活性劑的工藝過程。表面活性劑粘度大，需要在有機(jī)溶劑中才能保持良好的流動(dòng)性。故在該反應(yīng)中，參與反應(yīng)的是苯磺酸和液堿，有機(jī)溶劑只起溶解作用，不參與反應(yīng)。

機(jī)械密封也稱端面密封，是一種旋轉(zhuǎn)軸用的接觸式動(dòng)密封，它至少有一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線的端面，該端面在流體壓力及補(bǔ)償機(jī)械外彈力的作用下，加之輔助密封的配合，與另一端面保持貼合并相對(duì)滑動(dòng)，從而防止流體泄漏。由于兩個(gè)密封端面的緊密貼合，使密封端面之間形成一微小間隙，當(dāng)有壓介質(zhì)通過此間隙時(shí)，形成極薄的液膜，形成阻力，阻止介質(zhì)泄漏，又使端面得以潤滑，由此獲得較好的密封效果。機(jī)械密封的種類繁多、型號(hào)各異，但它們的泄漏點(diǎn)基本上都表現(xiàn)在以下6處：（1）動(dòng)、靜環(huán)端面處；（2）靜環(huán)與機(jī)封座的輔助密封處；（3）動(dòng)環(huán)與軸套的輔助密封處；（4）機(jī)封座與泵體之間的密封處；（5）軸套與泵軸之間的密封處；（6）動(dòng)環(huán)鑲嵌結(jié)構(gòu)配合處。其主要結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Mechanical seal structure

2 機(jī)械密封的故障表現(xiàn)及問題分析

機(jī)械密封的故障在運(yùn)行中集中表現(xiàn)為振動(dòng)、發(fā)熱、磨損，最終以介質(zhì)向外泄漏的形式出現(xiàn)。其故障原因主要為以下3種：（1）密封端面的故障（包括磨損、熱裂、變形、破損）；（2）彈簧故障（包括松馳、斷裂和腐蝕）；（3）輔助密封圈故障（包括變形、硬化、破裂、變質(zhì)失效）。

下面對(duì)大慶油田化工集團(tuán)表活劑裝置中和復(fù)配工段生產(chǎn)工況下的機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象進(jìn)行描述并分析：

（1）中間產(chǎn)品苯磺酸輸送泵為寧波得利時(shí)泵業(yè)所生產(chǎn)的凸輪式雙轉(zhuǎn)子泵，機(jī)泵采用外裝式[4]、單彈簧機(jī)械密封，磨擦副組對(duì)為RBSIC[5]對(duì)RBSIC，輔助密封圈材質(zhì)為F-26。機(jī)械密封泄漏后經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，端面無明顯磨損，采用儀器檢測后發(fā)現(xiàn)端面平度較好，部分端面存在輕微的劃痕，磨擦副觸面失去亮度，邊界磨擦被破壞；同時(shí)，大部分拆檢的機(jī)封內(nèi)夾雜顆粒性結(jié)焦物及黏度較大的物料，顆粒性雜質(zhì)長時(shí)間積聚在動(dòng)環(huán)與軸之間、彈簧之間、彈簧與彈簧座之間，使補(bǔ)償密封環(huán)不能浮動(dòng)，失去補(bǔ)償緩沖作用。顆粒性雜質(zhì)還可以堵在密封端面間，使密封端面迅速磨損，最終導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏。由此可見，苯磺酸機(jī)泵機(jī)械密封頻繁失效的主要原因?yàn)榻橘|(zhì)中顆粒性雜質(zhì)較多，引起彈簧故障或密封端面故障，從而導(dǎo)致泄漏產(chǎn)生。

（2）中和反應(yīng)釜底中和復(fù)配泵也是寧波得利時(shí)泵業(yè)所生產(chǎn)的凸輪式雙轉(zhuǎn)子泵，機(jī)泵采用外裝式、單彈簧機(jī)械密封，磨擦副組對(duì)為RBSIC對(duì)RBSIC，輔助密封圈材質(zhì)為F-26，密封端面材質(zhì)為SiC。機(jī)械密封泄漏后經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，機(jī)械密封表面腐蝕嚴(yán)重，動(dòng)、靜環(huán)端面無光澤度；動(dòng)、靜環(huán)表面顏色由最初的深灰色變?yōu)樯罹G色(見圖2、3)

圖2 SiC材質(zhì)機(jī)封端面Fig.2 End surface of SiC

圖3 316材質(zhì)動(dòng)環(huán)背面Fig.3 Rotor ring back of 316materials

圖4 輔助密封圈新機(jī)封與泄漏的機(jī)封對(duì)比圖Fig.4 Comparison of newmechanical seal and leaking mechanical seal

通過觀察，我們不難發(fā)現(xiàn)中和復(fù)配泵機(jī)械密封泄漏的主要故障為動(dòng)環(huán)鑲嵌結(jié)構(gòu)（RBSIC與316L）腐蝕嚴(yán)重；輔助密封圈（O型密封圈）失效，如圖4。采用儀器檢測發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封端面接觸點(diǎn)大幅度下降，泄漏嚴(yán)重的機(jī)械密封端面接觸點(diǎn)不足完好機(jī)械密封的30%。造成以上現(xiàn)象的主要原因分析如下：

（1）因所輸送介質(zhì)中含有大量NaOH，NaOH對(duì)RBSIC中的游離碳起析出作用，使端面失去光澤，表面粗糙，磨擦力增大，邊界磨擦被破壞，產(chǎn)生無潤滑磨擦，致使機(jī)械密封端面平度喪失。由于磨擦熱的大幅度增加，使密封端面加速破壞，動(dòng)環(huán)端面變型，最終導(dǎo)致泄漏的產(chǎn)生。

（2）采用外裝式機(jī)械密封，由于介質(zhì)壓力方向與彈簧作用力方向相反，所以彈簧預(yù)壓縮或壓量剛度值就必須很大，這也是端面過熱破損的原因之一。

（3）由于外裝式機(jī)械密封的介質(zhì)泄漏方向與離心力方向相同，這又增加了泄漏的可能性。

（4）輔助密封件的材質(zhì)為氟橡膠，氟膠的耐腐蝕性能、耐熱性能特別好，但耐溶性較差，中和生產(chǎn)過程中最先加入的有機(jī)溶劑對(duì)密封環(huán)的破壞力比較大，這也大幅度增加了機(jī)械密封泄漏的可能性。

3 機(jī)泵機(jī)械密封材質(zhì)升級(jí)試驗(yàn)

中和復(fù)配機(jī)泵機(jī)械密封封泄漏的處理方法：擬將機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)由RBSIC/RBSIC材質(zhì)變更為石墨/陶瓷材質(zhì)，石墨潤滑性較好，陶瓷耐NaOH能力較RBSIC強(qiáng)。也可將材質(zhì)變?yōu)镾SiC/SSiC，常壓燒結(jié)（無壓燒結(jié)）法碳化硅（SSiC）采用α-SIC（亞微米級(jí)）為原料添加少量助燒劑經(jīng)壓制成型后，在2000～2300℃較高溫度下燒結(jié)成致密化坯體。制品α-SiC含量在98%以上，使用溫度可達(dá)1600℃，主要物理、化學(xué)性能指標(biāo)均優(yōu)于反應(yīng)燒結(jié)碳化硅，它幾乎耐所有酸堿、強(qiáng)氧化性介質(zhì)的腐蝕，SSiC造價(jià)高于RBSiC。O型密封圈由原有的F-26材質(zhì)變更為包氟O型圈，以減少溶劑對(duì)其的破壞性，以上2種材質(zhì)的動(dòng)、靜環(huán)與包氟O型密封圈相配用的機(jī)械密封將均被投入此試驗(yàn)。

與廠家多次協(xié)商后，在廠家技術(shù)人員的大力協(xié)助下，抽取4臺(tái)中和復(fù)配泵經(jīng)過為期半年的現(xiàn)場試驗(yàn)，密封材質(zhì)問題終于得到圓滿解決，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

經(jīng)過上述試驗(yàn)，我們探索到了苯磺酸輸送泵機(jī)封泄漏和中和復(fù)配泵機(jī)封泄漏的一般處理方法，歸納如下：

表1 各種材質(zhì)機(jī)械密封件耐用時(shí)間Tab.1 Duration of differentmaterial formechanical seal

（1）苯磺酸輸送泵機(jī)封泄漏的處理方法：在磺化過程中盡量降低物料中的顆粒性雜質(zhì)的含量，在罐底出口和機(jī)泵入口增加過濾器。同時(shí)將泵設(shè)計(jì)成帶有自沖洗或外沖洗管路系統(tǒng)，在機(jī)泵啟動(dòng)前先用沖洗液進(jìn)行沖洗再大量盤車，這樣可減少機(jī)械密封內(nèi)存留的雜質(zhì)，降低泄漏的可能性。

（2）中和復(fù)配泵機(jī)封泄漏的處理方法：將機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)由RBSIC/RBSIC材質(zhì)變?yōu)樽優(yōu)镾SiC/SSiC，降低強(qiáng)堿NaOH溶液對(duì)密封材料的腐蝕性，從而增加動(dòng)、靜環(huán)端面的壽命；O型密封圈由原有的F-26材質(zhì)變更為包氟O型圈，以減少溶劑對(duì)其的破壞性，從而延長O型輔助密封圈的使用周期。

4 結(jié)論

通過對(duì)大慶油田化工集團(tuán)表活劑裝置中和復(fù)配工段機(jī)泵泄漏原因分析，結(jié)合現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，積極尋找解決由于密封實(shí)效造成介質(zhì)泄漏的處理方法。經(jīng)過為期半年的現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，找到了高粘度強(qiáng)酸強(qiáng)堿介質(zhì)輸送泵機(jī)械密封泄漏處理方法，降低了機(jī)泵維修頻次，節(jié)約了公司機(jī)泵維修資金，同時(shí)減少了機(jī)泵污染，給員工提供一個(gè)良好的工作環(huán)境。

［1］孫秀麗.離心泵機(jī)械密封泄漏原因分析及處理方法［J］.化學(xué)工程師，2008,15（3）:46-47.

［2］于濤.凸輪轉(zhuǎn)子泵機(jī)械密封原因分析與處理［J］.中國設(shè)備工程，2008,（12）:28-29.

［3］殷瑞民.機(jī)械密封的安裝技術(shù)與泄漏處理［J］.河南化工，2002,（11）:28.

Leak analysis and sealing solution in pum p’smechanical sealing during neutralization and rem ixing of surface active agent

CHENWei

A

1002-1124（2012）07-0053-03

2012-05-22

陳 ?。?984-），本科，畢業(yè)于中國石油大學(xué)（北京）過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事化工設(shè)備管理工作。