苯酚介質(zhì)機泵機械密封改造

齊建偉

（中沙（天津）石化有限公司，天津 300270）

中沙（天津）石化有限公司苯酚丙酮裝置粗丙酮塔塔釜泵P－402AB，原設計采用串聯(lián)式機械密封，其結構如圖1所示。泵輸送介質(zhì)是凝固點為40℃的苯酚，輸送溫度130℃。該泵自裝置開車以來，機械密封泄漏嚴重，一般運行3個月就損壞1套，每次檢修時，僅材料費就需要2萬元。為了減少維修費和維修工作量，公司設備管理人員成立了公關小組，分析機械密封損壞的原因，提出了多項解決措施，將機械密封結構和密封沖洗進行了改進，大幅度提高了機械密封使用壽命。

圖1 串聯(lián)式機械密封示意圖

1 機械密封失效的原因分析［1－2］

泵泄漏的現(xiàn)象是泵運行一段時間后，泵緩沖液罐液位上漲，說明一級密封泄漏；緊接著介質(zhì)開始從泵軸往外呈點狀泄漏，并逐漸呈線性泄漏，說明兩級密封均已完全失效。對泵解體發(fā)現(xiàn)，一級密封動、靜環(huán)密封面磨損嚴重，二級密封彈簧已被苯酚結晶物卡死，輔助密封圈也被苯酚晶體包圍，動、靜環(huán)密封面同樣磨損嚴重。

根據(jù)上述現(xiàn)象，判斷密封失效的過程是：1）一級密封為多彈簧，結構為內(nèi)裝式，即，彈簧是與介質(zhì)苯酚相接觸的，當泵為備用狀態(tài)時，因泵出口管線設計無防凝線，密封沖洗管線和密封腔體內(nèi)溫度低于苯酚凝固點40℃，此時，動、靜環(huán)密封端面間和密封沖洗管線內(nèi)存在苯酚結晶物，而密封環(huán)材質(zhì)動環(huán)為碳化硅、靜環(huán)石墨，均為軟性材料，泵在啟動瞬間，動、靜環(huán)之間的苯酚結晶物磨損密封面。又因密封沖洗線堵塞，密封不能得到有效沖洗，也加快了密封面的磨損，最終導致一級密封泄漏。2）當一級密封泄漏后，按照21＋52密封沖洗方案的設計原理，一級密封腔內(nèi)壓力大于二級密封壓力，泄漏出的介質(zhì)苯酚進入到泵緩沖液罐，而緩沖液罐設計為循環(huán)水冷卻撤熱，溫度自然低于苯酚凝固點40℃，泄漏出的苯酚進入到緩沖液罐內(nèi)，并將緩沖液進出管線堵塞，導致二級密封沖洗中斷，苯酚逐漸在密封腔內(nèi)積聚，彈簧和輔助密封圈被卡死，失去浮動性，二級密封損壞，介質(zhì)泄漏到外界，最終導致整套密封失效。

2 機械密封改造方案

2.1 一級密封改進措施

根據(jù)對機械密封失效過程的分析，對一級密封進行如下改進：1）在泵出口管線上增加防凝線，即，泵出口單向閥前后加跨線，備用泵由空備改為熱備。這樣，雖然運行泵流量會有一些損失，但能保證備泵泵體內(nèi)介質(zhì)為流動狀態(tài)，解決了密封沖洗線和機械密封腔體內(nèi)苯酚結晶的問題。2）對機械密封動、靜環(huán)進行改造，將碳化硅對石墨改為硬質(zhì)合金對碳化硅，增加耐磨性。3）將密封結構由內(nèi)裝式改為外裝式，使機械密封彈簧不與介質(zhì)接觸，從而防止苯酚結晶物卡死彈簧。

2.2 二級密封改進措施

二級密封泄漏的主要原因是52沖洗方案選用的問題。52沖洗方案設計密封系統(tǒng)為常壓，介質(zhì)從一級密封泄漏后進入到二級密封系統(tǒng)，如圖2所示。該方案要求介質(zhì)為高飽和蒸汽壓液體或輕烴，對于苯酚這種重組分且凝固點高的介質(zhì)是不適用的。為從根本上解決苯酚外漏和結晶的問題，需對二級密封沖洗方案進行重新選擇，將常壓的52密封沖洗方案改為有壓的53A沖洗方案，53A沖洗方案緩沖液罐通氮氣加壓，壓力略高于一級密封腔壓力，如圖3所示。當一級密封泄漏后，密封沖洗液進入泵體內(nèi)，從而阻止了介質(zhì)外漏，保證介質(zhì)苯酚不會泄漏到外部。

圖2 API 682 52沖洗方案

圖3 API 682 53A沖洗方案

3 運行效果

泵完成技術改造后，投入運行一年多未發(fā)生密封泄漏的問題，節(jié)約了檢修費用和人工成本，達到了預期效果。

4 結論

通過對泵機械密封的改造，泵的泄漏率大大降低，工藝介質(zhì)達到了零溢出，減少了因泄漏造成的環(huán)境污染，保證了裝置的平穩(wěn)運行。因苯酚類易結晶介質(zhì)輸送在國內(nèi)普遍存在，該項改造技術有著推廣和應用的廣闊前景。

［1］ 顧永泉.機械端面技術［M］.北京：石油大學出版社，1994.

［2］ 王汝美.實用機械密封技術問答［M］.北京：中國石化出版社，1995.