分析雙端面機械密封及沖洗方案在石油化工行業(yè)的應用

吳建新（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

分析雙端面機械密封及沖洗方案在石油化工行業(yè)的應用

吳建新（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

隨著科學技術的快速發(fā)展，雙端面機械密封在石油化工行業(yè)中應用范圍較廣，其輸送介質(zhì)多為高溫高壓、易燃易爆以及具有毒害性質(zhì)的對流體，探究正確的雙端面機械密封及沖洗方案將能避免重大泄漏事故的發(fā)生。本文針對石油化工行業(yè)輸送介質(zhì)的特性，對雙端面機械密封設計及其應用進行了淺要分析、還對雙端面機械密封及沖洗方案予以一定的探索。

雙端面機械密封；沖洗方案；探索

在石油化工行業(yè)，其相關設備輸送的介質(zhì)具有較為明顯的特殊性，在介質(zhì)輸送過程中，泵的良好密封將能保障介質(zhì)安全輸送至目的地。相較于單端面機械密封，雙端面機械密封適用性較強，可用于輸送帶有強腐蝕性、存在懸浮顆粒、易揮發(fā)低黏度以及易燃易爆等相關介質(zhì)，若出現(xiàn)機械密封失效的隱患，導致介質(zhì)泄漏，則不僅對工作人員身體健康、人身安全等造成重大影響，還對石油化工行業(yè)的安全生產(chǎn)產(chǎn)生較為嚴重的威脅，出現(xiàn)重大的安全事故隱患，此外，因介質(zhì)的化學特性，其還會對泄漏區(qū)域周圍的環(huán)境造成污染。為保障石油化工行業(yè)中高溫重油泵的安全運行，改善其機械密封的泄漏狀況，相關的大型石化公司及重點高校根據(jù)這一目的開展了新型機械密封設計的研究工作，并對其實際應用作了簡要的分析。

1 機械密封失效分析

機械密封失效的機械密封動靜環(huán)密封端面間的摩擦工況，是影響機封密封壽命的主要因素。油漿泵安裝運行期間，機封密封存在以下幾種失效：

1.1 安裝不當造成機械密封泄漏

安裝機械密封時壓縮量過大，導致摩擦副端面嚴重磨損、擦傷；動環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量；靜環(huán)密封面過松，當動環(huán)軸向浮動時，靜環(huán)脫離靜環(huán)座。

1.2 由于密封端面失去潤滑油膜而造成機械密封泄漏

因端面密封載荷的存在，在密封腔缺乏液體時啟動泵而發(fā)生干摩擦，造成機封泄漏；介質(zhì)壓力低于飽和蒸汽壓力，使得密封端面液膜發(fā)生閃蒸，喪失潤滑，造成機封泄漏。

1.3 機封沖洗造成機械密封泄漏

油漿泵機械密封輔助沖洗系統(tǒng)要保障機封冷卻系統(tǒng)沖洗液持續(xù)供給，防止端面沖洗液中斷，油漿泵運行過程中沖洗液中斷，使密封端面溫度升高，潤滑膜閃蒸而降低密封端面的潤滑，從而加劇磨損，造成機械密封泄漏。

2 雙端面機械密封結(jié)構(gòu)及其實際應用分析

新型雙端面機械密封設計有別于普通接觸式波紋管機械密封，是對高溫重油泵機械密封及其輔助系統(tǒng)的技術改造。因渣油的溫度特別高、其密度與粘度較大、油品酸值較高，但其凝固點較低，若預熱不充分，粘稠介質(zhì)將會包裹住機械密封的動靜環(huán)以及彈性體。在機泵運轉(zhuǎn)時，則會出現(xiàn)波紋管呈現(xiàn)出扭曲狀態(tài)，致使動靜環(huán)脫離設備，進而發(fā)生介質(zhì)泄漏事故；當高溫介質(zhì)闖入密封腔后，則會促使密封面出現(xiàn)裂紋泄漏；若渣油酸值過高，其對密封面與波紋管等造成一定程度的腐蝕；當渣油內(nèi)部存有較多的泥沙顆粒時，若進入到機械密封的密封面，則將會磨損密封面，發(fā)生介質(zhì)泄漏問題。

新型液膜潤滑非接觸式機械密封與接觸式機械密封相結(jié)合的雙端面密封結(jié)構(gòu)。左側(cè)為非接觸式機械密封端面結(jié)構(gòu)，主要采用外徑開槽的機構(gòu)形式，其工作原理為：將冷卻沖洗臘油經(jīng)由主壓蓋上的注入孔進行注入操作，并且還需有效控制其壓力變化在0.3-0.5MPa范圍之內(nèi)；右側(cè)為接觸式機械密封，主要作用在于機械處于運行狀態(tài)時，可阻止沖洗臘油泄漏，左側(cè)非接觸機械密封則將少量潔凈臘油在增壓處理后，注入密封箱內(nèi)。

在某石化公司裝置大修期間，對重油泵機械密封予以改造措施，并更換上新型的雙端面機械密封，隨后投入運行。經(jīng)較長時間段的觀察發(fā)現(xiàn)，該新型機械密封運行正常，并未發(fā)生輸送介質(zhì)泄漏狀況，這將充分說明新型雙端面機械密封將能延長高溫重油泵機械密封的使用壽命，并能避免出現(xiàn)機械密封高頻率泄漏問題；并且還能有效控制端面溫度處于適宜范圍，規(guī)避密封面被腐蝕的風險；此外，輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡潔，冷卻水的使用量得到有效降低，可促進經(jīng)濟效益的提升。

3 雙端面機械密封及沖洗方案分析

依據(jù)相關規(guī)定，雙端面機械密封的布置方式主要為兩種類型，其布置方式機械密封依據(jù)動靜環(huán)方位具體分為面對背、背靠背、面對面等方式。

3.1 第一種類型機械密封及沖洗方案

第一種類型機械密封組合形式多為串聯(lián)不帶壓類型，其包括不帶壓緩沖液雙接觸式濕密封2CW-CW；外側(cè)接觸式干運轉(zhuǎn)密封與內(nèi)側(cè)接觸式式密封的不帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS；以及與不帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS小有不同的不帶壓緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2NC-CS，外部與帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS一致，而內(nèi)側(cè)則為非接觸式密封。

選取其中帶緩沖液的接觸式濕密封的沖洗方案。沖洗方案適用于不允許出現(xiàn)向大氣側(cè)泄漏的工況，其不帶壓的雙端面密封氣壓為P1＞P2。其所采用的沖洗系統(tǒng)為緩沖罐、機械密封及其連接管路等成分組成，在緩沖罐上還應合理配置高低液位開關、壓力開關以及壓力表等，起著對沖洗系統(tǒng)運行狀況監(jiān)測的作用。

在緩沖罐中裝置緩沖液（緩沖液壓力＜抽送介質(zhì)壓力），通過機械密封內(nèi)部的泵送環(huán)等設備確保循環(huán)工作的正常運行；緩沖罐出口需和排氣裝置相通，促使緩沖液壓力趨向于大氣壓力，若出現(xiàn)內(nèi)側(cè)密封失效，則將導致介質(zhì)泄漏至緩沖液中。高低液位開關應在達到設定值時及時報警并切換，以避免工藝流體混入或取代緩沖液體。

3.2 第二種類型機械密封及沖洗方案

第二種類型機械密封組合形式主要為帶壓型雙端面機械密封，其具體形式有帶隔離液雙端面串聯(lián)接觸式濕密封3CW-FB；背對背接觸式濕密封3CW-BB；面對面接觸式濕密封3CW-FF。

依據(jù)第二種類型布置方式機械密封所采用的沖洗方案為沖洗方案53，與沖洗方案52適用方向一致，用于不允許向大氣側(cè)泄漏的工況。在沖洗方案53中，可細分為53A、53B、53C等結(jié)構(gòu)，沖洗系統(tǒng)的組成部分主要有隔離罐、機械密封以及連接兩者的管路等，在隔離罐上裝置低液位開關、壓力開關以及壓力表等。通常情況下，隔離液的壓力應大于抽送介質(zhì)的壓力，并在隔離罐中注入緩沖液，進而借助重油泵予以循環(huán)驅(qū)動，隔離罐主要通過惰性氣體予以壓力增加.

在實際應用過程中，泄漏問題并不能完全避免，這就需定時、合理地予以補液操作，因而沖洗方案53多適用于不怕隔離液被污染或者介質(zhì)混合的情況。其中沖洗方案53B可借助氣囊加壓器予以加壓操作、儲壓器進行補液操作，以彌補方案53A的不足之處；方案53C可經(jīng)由活塞式蓄能器進行隔離液加壓操作，并隨著系統(tǒng)波動狀況而發(fā)生壓力波動，多使用在介質(zhì)壓力存在較大波動的工況中。

4 結(jié)語

綜上所述，在石油化工行業(yè)中，較多裝置及設備均需進行機械密封處理操作，借此防止工藝流體出現(xiàn)漏、跑、滴、冒等不良運行現(xiàn)象，從而實現(xiàn)節(jié)約成本、降低環(huán)境污染、提高裝置及設備運行效率等目的，促進當代石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。高效、合理的雙端面機械密封及沖洗方案不僅能促進石油化工企業(yè)獲取較高的經(jīng)濟效益，還可為其樹立良好的企業(yè)形象，對我國石油化工行業(yè)環(huán)保與節(jié)能方向的發(fā)展奠定了堅實的基礎。

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